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Abb. 1:
Künstlerische Darstellung eines akkretierenden Weißen Zwergsterns.
Copyright: David A. Hardy & PPARC
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Abb. 2:
Vorhersage für die gesamte Leuchtkraft der He
II-Rekombinationslinie (bei 4686 Angstrom) für eine Starburst-Galaxie. Die
Strahlung, die von der normalen Sternpopulation stammt, ist rot
dargestellt; die Strahlung, die man durch Ionisation von einfach
entarteten Supernova-Vorläufern erwartet, ist blau dargestellt. Die
gesamte Strahlung aus beiden Quellen, die deutlich von den einfach
entarteten Supernova-Vorläufern dominiert wird, ist schwarz
eingezeichnet.
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Derzeit gibt es zwei "Standard"-Modelle für die Vorläufer von SN
Ia. Beim „einfach entarteten“ Szenario akkretiert ein Weißer Zwerg
Materie von einem umkreisenden Begleitstern, bis sich genügend Masse
angesammelt hat, so dass eine Explosion ausgelöst wird. Im „zweifach
entarteten“ Szenario, gibt ein Doppelsternsystem aus zwei Weißen
Zwergen aufgrund von Gravitationsstrahlung Drehimpuls ab, wodurch die
beiden Sterne schließlich verschmelzen und eine Supernova-Explosion
ausgelöst wird. Von der Beobachterseite aus gesehen besteht der
deutlichste Unterschied zwischen den beiden Szenarien darin, dass beim
einfach entarteten Szenario der akkretierende Weiße Zwerg eine
beträchtliche Menge an Material durch stetiges nukleares Brennen
verarbeiten muss. Dadurch wird das System zu einer sehr hellen Quelle
von Röntgen-und extremer UV-Emission und zwar bis zu eine Million
Jahre vor der Explosion.
Die naheliegende Möglichkeit zwischen den beiden Szenarien zu
unterscheiden, besteht also darin, Beweise für die Existenz derart
heißer Lichtquellen zu suchen, die dann die Tragfähigkeit des einfach
entarteten Szenarios testen würde. In der Vergangenheit waren die
Astronomen vor allem auf der Suche nach Röntgenemissionen, z.B. bei
der integrierten Röntgenleuchtkraft naher Galaxien. Allerdings sagen
einige Vorläufermodelle für SN Ia voraus, dass ein Großteil der
Emission von akkretierenden Weißen Zwergen im extremen Ultraviolett
ausgesandt werden könnte, wo es völlig von interstellarer Materie
absorbiert wird. Ein idealer Test für die Anwesenheit einer
signifikanten einfach entarteten Vorläuferpopulation müsste dieses
Problem umgehen.
Statt diese möglichen Vorläufer direkt zu suchen, können wir
stattdessen nach Hinweisen auf ihre Auswirkungen auf das interstellare
Medium suchen. So könnte man beispielsweise nach der Signatur von Gas
suchen, das durch solche Quellen ionisiert wird. In frühen Galaxien,
bei denen sich keine neuen Sterne bilden, erwarten wir, dass nur
Sterne aus dem nach-asymptotischen Riesenast eine bedeutende Quelle
von ionisierender Strahlung sind - zumindest außerhalb des inneren
galaktischen Kerns. Diese Sterne stecken wahrscheinlich hinter den
nebelartigen Emissionslinienregionen, die jetzt in vielen elliptischen
Galaxien gefunden wurden. Allerdings haben Tyrone Woods und Marat
Gilfanov am MPA in einer aktuellen Arbeit nun gezeigt, dass - wenn das
einfach entartete Szenario zutrifft - akkretierende weiße Zwerge den
überwiegenden Anteil zu dem ionisierenden Hintergrund in solchen
Galaxien betragen sollten, insbesondere für relativ junge
Sternpopulationen. Dies gilt insbesondere für das ionisierende
Kontinuum jenseits der zweiten Ionisationskante von Helium.
In einem gegebenen, strahlungsionisierten Nebel ist die gesamte
Leuchtkraft, die in irgendeiner Rekombinationslinie emittiert wird,
proportional zum Fluss der ionisierenden Photonen. Dies weist darauf
hin, dass man das Vorhandensein eines signifikanten Beitrags von
einfach entarteten Supernova-Vorläufern bestätigen oder stark
einschränken kann, wenn man nach Rekombinationslinien von ionisiertem
Helium in den Spektren von frühen Galaxien sucht.
Mit Hilfe von numerischen Simulationen, die mit der
Photo-Ionisierung-Software MAPPINGS III gemacht wurden, kann die
erwartete Leuchtkraft der He II 4686-Angstrom-Linie (der stärksten He
II-Linie im Optischen) kann mit sinnvollen Annahmen über die
Zusammensetzung und Verteilung des ionisierten Gases berechnet
werden. Für eine 1 Milliarden Jahre alte Starburst-Galaxie erhöht sich
die Leuchtkraft dieser Heliumlinie um fast 2 Größenordnungen (siehe
Abb. 2), wenn man eine Population von akkretierenden Weißen Zwergen
aus dem wahrscheinlichen einfach entarteten Szenario mit einbezieht.
Derzeit konnte noch keine solche Linie bei 4686 Angstrom in den
ausgedehnten Emissionslinienregionen früher Galaxien nachgewiesen
werden. Zum Teil liegt dies in der intrinsischen Schwäche dieser Linie
begründet. Allerdings sollte eine derartige Linie durch die laufenden
Himmelsdurchmusterungen mit Integral-Field-Spektroskopen wie CALIFA
oder durch eine Stack-Analyse der verfügbaren SDSS-Galaxienspektren
nachweisbar sein, sofern es eine große Population von akkretierenden
weißen Zwergen in frühen Galaxien gibt, die eine Phase des nuklearen
Brennens durchlaufen - im Einklang mit dem einfach entarteten
Szenario.
Für solch junge Galaxien nach der Starburst-Phase könnte eine obere
Grenze für die Leuchtkraft der 4686-Angstrom-Linie die Anwesenheit
einer Sternpopulation mit hohen Temperaturen, die mit dem einfach
entarteten Szenario konsistent sind, ausschließen. Daher hoffen die
Wissenschaftler am MPA, dass die Supernova-Forscher in naher Zukunft
die He II-Rekombinationslinien in frühen Galaxien sicher nachweisen
oder zumindest belastbare Obergrenzen dafür angeben können.
Tyrone Woods und Marat Gilfanov
Referenzen
Gilfanov M., Bogdan. A., 2010, Nature, 463, 924
Sarzi M., Shields J. C., Schawinski K. e. a., 2010, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 402, 2187
Woods, T. E., & Gilfanov, M. 2013, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 1254
Groves, B. A., Dopita, M. A., & Sutherland, R. S. 2004, Astrophysical Journal Supplements, 153, 9
Groves, B. A., Dopita, M. A., & Sutherland, R. S. 2004, Astrophysical Journal Supplements, 153, 9
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