Astrometrische Daten des europäischen Raumsatelliten Gaia haben Astronomen zur Entdeckung eines kompakten Objekts namens J0008+0128 geführt, das sich in einigen tausend Lichtjahren Entfernung von der Erde befindet. Die geschätzte Größe dieses Objekts beträgt etwa 20 Kilometer, was es für direkte Beobachtungen aus dieser Entfernung unsichtbar macht. Die Forschung basiert auf einer gemeinsamen Analyse spektroskopischer und astrometrischer Daten, wobei der Gravitationspartner des Objekts – ein Roter Riese, dessen Beobachtung problemlos möglich ist – eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der Parameter spielte. Mithilfe von Daten der Durchmusterungen LAMOST und SDSS/APOGEE sowie Beobachtungen des Nordic Optical Telescope (NOT) gelang es, die Radialgeschwindigkeit des Roten Riesen zu messen, während astrometrische Gaia-Messungen die Bestimmung der Umlaufbahnsparameter ermöglichten. Die Analyse hochauflösender Spektren bestätigte das Fehlen von Spektrallinien eines zweiten Sterns, was ein überzeugender Beleg für die Anwesenheit des unsichtbaren kompakten Objekts ist.
Parameter, die nicht in Standardmodelle passen
Die Masse des Roten Riesen wird auf das 1,2- bis 2,7-fache der Sonnenmasse geschätzt, während für den unsichtbaren Begleiter ein Bereich von 1,8 bis 2,8 Sonnenmassen ermittelt wurde. Die Orbitalperiode des Systems beträgt etwa 1220 Tage bei einer Exzentrizität von rund 0,1, was auf eine nahezu kreisförmige Bahn hinweist. Entscheidend ist, dass die Umlaufbahn zu groß ist, als dass das massereiche kompakte Objekt Masse von seinem Begleiter abziehen und auf die gemessene Größe anwachsen könnte. Genau diese Kombination aus der großen Masse des kompakten Objekts und dem erheblichen Abstand zwischen den Komponenten macht das System J0008+0128 im Rahmen moderner Sternevolutionstheorien anomal.
Tausende Simulationen brachten keine Antwort
Die Autoren der Studie überprüften mögliche Evolutionsszenarien des Systems anhand von Tausenden Computersimulationen, einschließlich der POSYDON-Doppelstern-Evolutionsmodelle. Keine der durchgeführten Modelle konnte die beobachteten physikalischen und orbitalen Eigenschaften von J0008+0128 reproduzieren. Wenn der Begleiter tatsächlich ein Neutronenstern ist, gehört er zu den außergewöhnlich massereichen Vertretern dieser Klasse, die bisher in der Natur weder beobachtet noch in theoretischen Modellen reproduziert wurden. Das Objekt sprengt buchstäblich den Rahmen der modernen Vorstellungen über die Evolution von Sternsystemen.
Hypothesen und Perspektiven
Die Forscher prüfen mehrere Arbeitshypothesen. Die erste geht von der Entstehung eines ungewöhnlich massereichen Neutronensterns direkt bei einer Supernova-Explosion aus. Die zweite vermutet die Existenz eines früheren Dreifachsystems, in dem zwei innere Komponenten später verschmolzen – dabei könnte es sich um die Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem gewöhnlichen Stern oder zweier Neutronensterne handeln. Die genauere Bestimmung der Parameter des Objekts, falls es sich tatsächlich um einen massereichen Neutronenstern handelt, wird eine Reihe von Einschränkungen zur Definition der Grenze zwischen Neutronensternen und Schwarzen Löchern liefern und helfen, die Unterschiede zwischen Supernova-Explosionen besser zu verstehen, die zur Bildung des jeweiligen Typs von kompakten Resten führen.
Bedeutung für die Astrophysik
Sollte sich J0008+0128 als Neutronenstern bestätigen, werden die neuen Daten Einblicke in die Dichte seiner Materie und seine Fähigkeit geben, dem Gravitationskollaps zu einem Schwarzen Loch zu widerstehen. Für das erste entdeckte massereiche Objekt in der Kategorie der Sternenreste wird dies eine echte Entdeckung sein, die das Verständnis des Universums voranbringen und möglicherweise zur Entdeckung neuer physikalischer Phänomene jenseits bestehender theoretischer Rahmenbedingungen führen kann.
