Mit bloßem Auge sichtbar! Wird die Nova 2.600 Lichtjahre von der Erde entfernt wieder schlechte Laune haben?

Autor | Zhou Yihao

Rezension | Huang Jian, Zhao Jingyuan, Zou Qianyi

Herausgeber | Zhao Jingyuan

Klassische Rising Stars und Rising Stars

Es gibt eine Vielzahl von Sternensystemen, die über das gesamte großartige Universum verteilt sind. Darunter befindet sich ein enges Doppelsternsystem, das aus einem Weißen Zwerg und einem normalen Stern besteht. Sie können heftige Explosionen hervorrufen, die die Helligkeit des Weißen Zwergs stark erhöhen, woraufhin dieser langsam schwächer wird und nach mehreren Monaten bis Jahrzehnten wieder seine vorherige Helligkeit erreicht. Das ist eine Nova. Novae können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Klassische Novae, bei denen nur ein Ausbruch beobachtet wird, und wiederkehrende Novae (RN), bei denen mindestens zwei Ausbrüche beobachtet werden.

Künstlerisches Bild eines neuen Sternensystems (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Aktuelle Forschungen haben ergeben, dass die Masse der Weißen Zwerge in einigen Systemen mit wiederkehrenden Novas allmählich zunimmt, was bedeutet, dass sie eines Tages die Chandrasekhar-Grenze erreichen und sich auf den Weg machen, eine Supernova vom Typ Ia (für Weiße Zwerge aus Kohlenstoff und Sauerstoff) oder eine Akkretionskollaps-Supernova (für Weiße Zwerge aus Sauerstoff, Neon und Magnesium) zu werden. Man kann erkennen, dass wiederkehrende Nova-Systeme für die Untersuchung der Entwicklung von Sternen und Doppelsternsystemen von entscheidender Bedeutung sind, ihre Anzahl jedoch sehr gering ist. In der Milchstraße sind nur zehn davon bekannt, und T Coronae Borealis (T CrB) ist einer davon.

Die Position von T. Borealis am Nachthimmel. Auf dem Bild ist Norden oben, Süden unten, Osten links und Westen rechts (Bild von Stellarium)

Ausbruchsmechanismus

Der Explosionsmechanismus von T Coronae Borealis hängt eng mit der Zusammensetzung seines Doppelsternsystems zusammen. Das System besteht aus einem Weißen Zwerg mit der 1,37-fachen Sonnenmasse und einem Roten Riesen mit der 1,12-fachen Sonnenmasse und einer Umlaufzeit von 227,6 Tagen. Der Weiße Zwerg nutzt seine starke Schwerkraft, um Materie (hauptsächlich Wasserstoff) vom roten Riesenbegleitstern anzusammeln. Diese Materialien sammeln sich auf der Oberfläche des Weißen Zwergs und werden durch die Schwerkraft des Weißen Zwergs komprimiert, wodurch ihre Temperatur steigt. Sobald die Fermi-Temperatur (etwa 7×10^7K) erreicht ist, werden auf der Oberfläche des Weißen Zwergs rasch heftige Kernfusionsreaktionen ausgelöst, die eine große Menge Energie freisetzen, den Weißen Zwerg rasch heller werden lassen und eine Nova-Explosion hervorrufen. Anschließend kehrt das Doppelsternsystem T Coronae Borealis allmählich in seinen Zustand vor dem Ausbruch zurück, bis etwa 78 Jahre später ein weiterer Ausbruch erfolgt.

Links: Vor der Explosion von T. Borealis; Rechts: Nach der Explosion von T. Borealis (simuliertes Bild) (Bild aus Referenz 7)

Geschichte

T Coronae Borealis ist etwa 2.600 Lichtjahre von uns entfernt und ist die uns am nächsten gelegene wiederkehrende Nova. Wenn es sich nicht um einen Ausbruch handelt, beträgt seine Helligkeit etwa die 10. Größenordnung und ist damit die hellste aller wiederkehrenden Novae. Vor 2023 ereigneten sich die einzigen bekannten Ausbrüche von T Coronae Borealis am 12. Mai 1866 (entdeckt vom britischen Astronomen John Birmingham) und am 9. Februar 1946 (entdeckt vom britischen Astronomen Norman Knight und dem amerikanischen Astronomen Armin Deutsch). Während dieser beiden Ausbrüche wurde T Coronae Borealis mehr als tausendmal heller und erreichte eine maximale Helligkeit von etwa 2,5 Größenordnungen (was zugleich die hellste unter den wiederkehrenden Novae ist), wodurch er zu einem Himmelskörper wurde, der mit bloßem Auge am Nachthimmel sichtbar ist. Während des Ausbruchs von T. Borealis im Jahr 1866 erhielten Beobachter auf der ganzen Welt relativ umfangreiche Beobachtungsdaten, was das erste Mal in der Geschichte der Nova-Beobachtungen war. Der britische Astronom William Huggins und der Chemiker William Miller waren die ersten, die das Spektrum von T. Borealis erhielten. Es handelte sich dabei um die erste spektrale Beobachtung einer Nova durch den Menschen.

Spektrum von T Coronae Borealis, aufgenommen von Huggins und Miller am 16. Mai 1866 (aus Referenz 15)

Historisches Bild des Ausbruchs von T. Borealis im Jahr 1946. Der helle Stern im zentralen Kreis ist T. Borealis. Das Harvard Observatory hat dieses Foto am 12. Februar 1946 aufgenommen, drei Tage nach dem Ausbruch von T. Borealis, als dieser auf eine Stärke von 4,3 abgeschwächt war (Foto mit freundlicher Genehmigung von Star Glass).

Im Jahr 2023 fand der amerikanische Astronom Bradley Schaefer in historischen Dokumenten Aufzeichnungen über zwei weitere Ausbrüche von T. Borealis, die im Oktober 1217 bzw. Dezember 1787 stattfanden, womit die Zahl der aufgezeichneten Ausbrüche von T. Borealis auf vier stieg.

Anzeichen vor einem Ausbruch

Seit 1920 hat der amerikanische Amateurastronom Leslie Peltier häufige Beobachtungen von T Coronae Borealis durchgeführt, in der Hoffnung, einen weiteren Ausbruch zu entdecken. Im Jahr 1935 bemerkte er, dass T Coronae Borealis leicht heller wurde und dann in eine 10 Jahre andauernde Plateauphase eintrat. 1945 beobachtete er, dass T Coronae Borealis wieder schwächer wurde. Zu dieser Zeit war noch wenig über wiederkehrende Novae bekannt, doch Pelletier machte eine kühne Vorhersage: Seit 1945 war T Coronae Borealis schwächer geworden, was darauf hindeutete, dass er kurz vor einem erneuten Ausbruch stand. Und tatsächlich brach T. Borealis am 9. Februar 1946 nach 80 Jahren erneut aus. Pelletier war jedoch nicht erfreut, denn als er am frühen Morgen dieses Tages vom Wecker geweckt wurde, stellte er fest, dass er möglicherweise Erkältungssymptome hatte. Er ging also wieder ins Bett, um sich auszuruhen, und beobachtete T. Borealis nicht wie üblich. Dadurch verpasste er die Entdeckung. Pelletier schilderte dieses Erlebnis in seinem Buch „Starlight Nights: The Adventures of a Star-Gazer“ und schrieb voller Bedauern: „Ich bin selbst für mein Versagen verantwortlich, aber ich bin immer noch der Meinung, dass T. Borealis mehr Rücksicht auf mich hätte nehmen sollen. Wir sind seit vielen Jahren Freunde; ich habe viele Nächte über ihn gewacht, während er schlief … Ich beobachte ihn auch heute noch, aber mit wachsamem Auge. Zwischen uns herrscht keine Wärme mehr.“

Lichtkurven vor und nach der Explosion von 1946 (Bildquelle: Wikipedia)

Die Verdunkelung vor dem Ausbruch scheint nur bei T Coronae Borealis aufzutreten. Beobachtungsdaten der letzten zehn Jahre zufolge hellte sich Coronae Borealis T im Jahr 2015 wieder leicht auf und trat dann in eine Plateauphase ein. Von März bis April 2023 verdunkelte sich Coronae Borealis T wie erwartet. Bedeutet das, dass es bald wieder explodieren wird? Astronomen sagen voraus, dass – vorausgesetzt, dass die Lichtveränderungen vor und nach jedem Ausbruch ähnlich sind – die Wahrscheinlichkeit, dass T Coronae Borealis zwischen Februar und September 2024 ausbricht, 68 % beträgt, und eine Wahrscheinlichkeit von 95 %, dass er zwischen Dezember 2023 und Dezember 2024 ausbricht.

Der bevorstehende Ausbruch

Die folgende Abbildung zeigt die historische Lichtkurve von T Coronae Borealis für den Zeitraum vom 10. Juni 1842 bis zum 30. März 2024. Die beiden großen Aufhellungen entsprechen den Ausbrüchen von 1866 bzw. 1946. Man kann erkennen, dass die aktuelle Lichtkurve von der Plateauperiode, die der Periode vor dem Ausbruch im Jahr 1946 sehr ähnlich ist, schnell abnimmt, sodass die vorherige Vorhersage nicht unangemessen ist.

Lichtkurve von T Coronae Borealis. Die Ordinate ist die Größe und die Abszisse der julianische Tag. Rot steht für die Grenzmagnitude im V-Band, Grün für die Magnitude im V-Band und Blau für die Magnitude im B-Band (Daten aus Referenz 10, AAVSO)

Wenn der bevorstehende Ausbruch einem ähnlichen Muster von Helligkeitsänderungen folgt wie frühere Ausbrüche, dann können wir auch die folgenden Vorhersagen machen: Nach dem Ausbruch wird T Coronae Borealis innerhalb eines Tages (oder möglicherweise weniger Stunden) seine maximale Helligkeit erreichen, etwa Magnitude 2, mit bloßem Auge sichtbar, und damit zur hellsten Nova seit V1500 Cygni werden (V1500 Cygni brach 1975 mit einer maximalen Helligkeit von etwa 1,9 Magnituden aus); dann beginnt T Coronae Borealis schwächer zu werden und behält etwa eine Woche lang eine mit bloßem Auge sichtbare Helligkeit (heller als die Magnitude 6,5). einen Monat nach dem Ausbruch wird T Coronae Borealis wieder seine Helligkeit vor dem Ausbruch erreichen (etwa Magnitude 10). Drei Monate nach dem Ausbruch wird T Coronae Borealis wieder heller und erreicht die Stärke 8, um dann langsam schwächer zu werden. Dieser Prozess dauert vier Monate. danach verbleibt T Coronae Borealis in einer Plateauphase, bis seine Helligkeit acht Jahre später wieder auf die normale Höhe abfällt. Dies ist auch die allgemeine Situation bei den Explosionen von 1866 und 1946. Man kann erkennen, dass die Helligkeitsänderungen von T Coronae Borealis sehr komplex sind. Was verursacht diese einzigartigen Phänomene? Was haben sie mit dem Ausbruch zu tun? Darüber sind sich die Astronomen uneinig. Professor Schaeffer, der auf Nova-Forschung spezialisiert ist, kommentierte: „Fünf Theoretiker werden fünf völlig unterschiedliche Erklärungen geben.“

Die Lichtkurven vor und nach den Explosionen von 1866 und 1946 sind sehr ähnlich (Bild aus Referenz 10)

Kontinuierliche Überwachung

Für eine Nova ist T Coronae Borealis relativ hell (sowohl vor als auch nach dem Ausbruch) und eignet sich daher sehr gut zur Beobachtung durch Astronomie-Enthusiasten. Als erstes Amateurobservatorium meines Landes, das sich mit Himmelsdurchmusterungen und -entdeckungen beschäftigt, begann das Xingming-Observatorium im Sommer 2023 mit spektralen Beobachtungen von T. Borealis und begann später mit mehrbandigen photometrischen Beobachtungen, in der Hoffnung, ein vollständiges Bild von T. Borealis vor und nach dem Ausbruch zu zeichnen. Andere Enthusiasten können auch die Position von T Coronae Borealis in den letzten Monaten genau beobachten. Es gibt viele Möglichkeiten, es zu beobachten: Spektralbeobachtung, Fotografie mit einem Mobiltelefon oder einer Kamera, visuelle Beobachtung mit einem Teleskop und sogar Beobachtung mit bloßem Auge.

Bei der Überwachung sollten wir auch die Tatsache berücksichtigen, dass vor jedem Ausbruch von T Borealis relativ wenige Beobachtungsdaten vorliegen und den Astronomen noch immer nicht klar ist, wie sich das komplexe Licht vor und nach den Ausbrüchen verändert. Darüber hinaus ist auch die Zusammensetzung der Weißen Zwerge im T-Borealis-System ein Rätsel. Aufgrund dieser Unsicherheiten ist die Zuverlässigkeit bei der Vorhersage des Ausbruchszeitpunkts gering.

Dank des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts können Menschen heute glücklicherweise Multiband- und Multi-Messenger-Beobachtungen durchführen, die uns ein tieferes Verständnis der Eigenschaften von T Coronae Borealis ermöglichen. Es wird erwartet, dass diese Rätsel im bevorstehenden Ausbruch gelöst werden.

Verweise

(1) Beobachtung der Explosion einer wiederausgestrahlten Nova [J]. Astronomie-Enthusiasten, 2006(9):41-41.

(2) Wu Chengyuan. Forschung zur Akkretion von Weißen Zwergen und verwandten Himmelskörpern[D]. Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, 2019.

(3) S. Starrfield et al. Der thermonukleare Runaway und der klassische Nova-Ausbruch[J]. Veröffentlichungen der Astronomical Society of the Pacific, 2016,128.

(4) RZ, AG, MF B, et al. Schnelle H-Alpha-Variabilität in T Coronae borealis[J]. Veröffentlichungen der Astronomical Society of the Pacific, 2005, 117(829).

(5) A. D, L. H, K. P. Der neue Blick auf das Langzeitflimmern in T CrB[J]. Kolloquium der Internationalen Astronomischen Union, 2004,194.

(6) A. NM, M. AT, A. AT, et al. Wiederkehrende symbiotische Nova T Coronae Borealis vor Ausbruch[J]. Astronomy Letters, 2024, 49(9).

(7) O'meara JS . Steigt T CrB? [J]. Astronomie,2020,48(7).

(8) Nova-Explosion: „Neuer“ Stern in der Nordkrone, NASA, https://blogs.nasa.gov/Watch_the_Skies/2024/02/27/view-nova-explosion-new-star-in-northern-crown/

(9) Jeremy Shears, Machen Sie sich bereit für den nächsten Ausbruch der wiederkehrenden Nova T Coronae Borealis!, British Astronomical Association, https://britastro.org/section_news_item/get-set-for-the-next-eruption-of-the-recurrent-nova-t-coronae-borealis

(10) Bradley E. Schaefer, Die B- und V-Lichtkurven für die wiederkehrende Nova T CrB von 1842–2022, die einzigartigen Hochzustände vor und nach dem Ausbruch, die komplexen Periodenänderungen und der bevorstehende Ausbruch im Jahr 2025,5 ± 1,3, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, September 2023, 3146–3165.

(11) Bradley E. Schaefer, Bei der wiederkehrenden Nova T CrB wurden bereits Ausbrüche um Dezember 1787 und Oktober 1217 n. Chr. beobachtet, Journal for the History of Astronomy, November 2023.

(12) Bradley E. Schaefer et al. Ankündigung des T CrB-Vorausbruchstiefs: Die wiederkehrende Nova T CrB hat gerade im März/April 2023 mit ihrem Vorausbruchstief begonnen, sodass der Ausbruch um 2024,4±0,3 Uhr stattfinden sollte, AAVSO, https://www.aavso.org/news/t-crb-pre-eruption-dip

(13) Bradley E. Schaefer, Recurrent Nova T CrB wird im kommenden Jahr die hellste Nova Ihres Lebens sein. Bulletin der AAS, 2024, 56(2).

(14) Robin George Andrews, Ein toter Stern wird bald ein einmaliges Schauspiel am Himmel der Erde auslösen, Scientific American, https://www.scientificamerican.com/article/this-nova-will-soon-erupt-as-a-once-in-a-lifetime-new-star-in-the-night-sky

(15) Allen W. Shafter, Extragalaktische Novae: Eine historische Perspektive, IOP Publishing, 2019

(16) GC Anupama, Wiederkehrende Novae: Was wissen wir über sie?, Proceedings of the International Astronomical Union, 2011, 7(281), 154–161.