SSN 7 ist ein sogenanntes Kontaktdoppelsystem in der Kleinen Magellanschen Wolke, einer etwa 210.000 Lichtjahre entfernten Zwerggalaxie im Sternbild Tucana. Dieses Doppelsternsystem, auch als MPG 435 bekannt, ist ein Mitglied des sehr jungen Sternhaufens NGC 346.
Optisches (links) und Infrarotbild (rechts) von NGC 346 in der Kleinen Magellanschen Wolke; die Positionen der Hauptionisierungsquellen von NGC 346, nämlich SSN 7 und SSN 9, sind durch rote bzw. grüne Quadrate hervorgehoben. Bildnachweis: A. Nota, ESA & STScI / NASA / ESA / CSA / O. Jones, UK ATC / G. De Marchi, ESTEC / M. Meixner, USRA / A. Pagan, STScI / N. Habel, USRA / L Lenkic, USRA / L. Chu, Ames Research Center der NASA.
Die Sterne im Binärsystem SSN 7 stehen in teilweisem Kontakt und tauschen Material miteinander aus, wobei sich ein Stern derzeit vom anderen ernährt.
Sie umkreisen sich alle 3 Tage und sind die massereichsten sich berührenden Sterne (bekannt als Kontaktdoppelsterne), die bisher beobachtet wurden.
Sie verglichen die Ergebnisse ihrer Beobachtungen mit theoretischen Modellen der Entwicklung von Doppelsternen und stellten fest, dass im bestgeeigneten Modell der Stern, der gerade gefüttert wird, zu einem Schwarzen Loch wird und sich von seinem Begleitstern ernährt. Der überlebende Stern wird kurz darauf zu einem Schwarzen Loch.
Diese Schwarzen Löcher werden sich in nur wenigen Millionen Jahren bilden, sich dann aber Milliarden von Jahren lang umkreisen, bevor sie mit einer solchen Kraft kollidieren, dass sie Gravitationswellen erzeugen, die theoretisch mit Instrumenten auf der Erde nachgewiesen werden könnten.
„Dank der Gravitationswellendetektoren Virgo und LIGO wurden in den letzten Jahren Dutzende Verschmelzungen von Schwarzen Löchern entdeckt“, sagte Ph.D. Student Matthew Rickard.
„Aber bisher haben wir noch keine Sterne beobachtet, von denen vorhergesagt wird, dass sie zu Schwarzen Löchern dieser Größe kollabieren und in einer Zeitskala verschmelzen, die kürzer ist als das Alter des Universums oder auch nur annähernd vergleichbar damit.“
„Unser Best-Fit-Modell legt nahe, dass diese Sterne in 18 Milliarden Jahren zu Schwarzen Löchern verschmelzen werden.“
„Das Auffinden von Sternen auf diesem Evolutionspfad so nahe an unserer Milchstraße bietet uns eine hervorragende Gelegenheit, noch mehr darüber zu erfahren, wie sich diese Doppelsterne aus Schwarzen Löchern bilden.“
„Dieser Doppelstern ist der massereichste bisher beobachtete Kontaktdoppelstern“, fügte Dr. Schüler Daniel Pauli.
„Der kleinere, hellere, heißere Stern mit der 32-fachen Masse der Sonne verliert derzeit Masse an seinen größeren Begleiter, der die 55-fache Masse unserer Sonne hat.“
Der kleinere, hellere, heißere Stern (links), der die 32-fache Masse unserer Sonne hat, verliert derzeit Masse an seinen größeren Begleiter (rechts), der die 55-fache Masse unserer Sonne hat. Die Sterne sind weiß und blau, weil sie so heiß sind: 43.000 K bzw. 38.000 K. Bildnachweis: J. daSilva / University College London.
Mit den Daten mehrerer weltraum- und bodengestützter Teleskope konnten die Astronomen die Radialgeschwindigkeit der Sterne – also ihre Bewegung auf uns zu oder von uns weg – sowie ihre Masse, Helligkeit, Temperatur und Umlaufbahn berechnen .
Anschließend glichen sie diese Parameter mit dem am besten geeigneten Evolutionsmodell ab.
Ihre spektroskopische Analyse zeigte, dass ein Großteil der äußeren Hülle des kleineren Sterns von seinem größeren Begleiter abgestreift worden war.
Sie beobachteten auch, dass der Radius beider Sterne ihren Roche-Lappen überschritt – das heißt, die Region um einen Stern, in der Material durch Gravitation an diesen Stern gebunden ist – was bestätigt, dass ein Teil des Materials des kleineren Sterns überläuft und auf den Begleitstern übertragen wird.
„Der kleinere Stern wird zuerst in nur 700.000 Jahren zu einem Schwarzen Loch, entweder durch eine spektakuläre Explosion, die als Supernova bezeichnet wird, oder er kann so massiv sein, dass er ohne äußere Explosion in ein Schwarzes Loch kollabiert“, sagte Rickard.
„Sie werden ungefähr 3 Millionen Jahre lang unruhige Nachbarn sein, bevor das erste Schwarze Loch beginnt, Masse von seinem Begleiter zu sammeln und sich an seinem Begleiter zu rächen.“
„Nach nur 200.000 Jahren, einem astronomischen Augenblick, wird auch der Begleitstern in ein Schwarzes Loch kollabieren“, sagte Pauli.
„Diese beiden massereichen Sterne werden sich weiterhin gegenseitig umkreisen und sich alle paar Tage über Milliarden von Jahren drehen.“
„Langsam werden sie diese Orbitalenergie durch die Emission von Gravitationswellen verlieren, bis sie sich alle paar Sekunden umkreisen und schließlich in 18 Milliarden Jahren mit einer enormen Energiefreisetzung durch Gravitationswellen miteinander verschmelzen.“
Das Papier wurde online in der Zeitschrift veröffentlicht Astronomie & Astrophysik.
_____
MJ Rickard & D. Pauli. 2023. Eine massive Kontaktbinärstruktur mit geringer Metallizität, die einen langsamen Fall-A-Stofftransfer durchläuft: Eine detaillierte spektroskopische und orbitale Analyse von SSN 7 in NGC 346 in der SMC. A&A, im Druck; doi: 10.1051/0004-6361/202346055
