Rätsel um die Nova Vul 1670 gelöst

APEX- und Effelsberg-Beobachtungen erklären Helligkeitsausbruch im 17. Jahrhundert durch Sternkarambolage

23. März 2015

Im Jahr 1670 leuchtete am Himmel über Europa ein neuer Stern auf, der sich sogar dem bloßen Auge zeigte. Dahinter steckte jedoch keine gewöhnliche Nova, sondern ein viel selteneres Phänomen: Die heftige Karambolage zweier Sterne. Die heute noch vorhandenen Spuren sind so schwach, dass es einer sorgfältigen Analyse von Beobachtungen mit modernen Submillimeterteleskopen bedurfte, um das Rätsel um Nova Vul 1670 nach 340 Jahren zu lösen. Einem Team unter Leitung von Wissenschaftlern des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie ist das mit dem APEX-Teleskop in Chile jetzt gelungen. Die Strahlung von Molekülen brachte die Forscher auf die richtige Spur.

Was von der Kollision übrig blieb: Reste des im Jahr 1670 beobachteten neuen Sterns. Für die Aufnahme wurden ein Bild im sichtbaren Licht mit dem Gemini-Teleskop (blau), eine Submillimeterkarte der Staubverteilung mit dem SMA (gelb) sowie eine Karte der molekularen Emission von APEX und dem SMA (rot) überlagert.

Einige der größten Astronomen der Geschichte, darunter Giovanni Domenico Cassini und Johannes Hevelius, haben sorgfältige Aufzeichnungen der Erscheinung eines neuen Sterns im Jahr 1670 hinterlassen. Hevelius beschrieb seine Beobachtung als „Nova sub capite Cygni” – also einen neuen Stern unter dem Kopf des Schwans. Die heutigen Astronomen kennen das Objekt unter dem Namen Nova Vul 1670. Es liegt innerhalb der Grenzen des modernen Sternbilds Vulpecula (Füchschen) nahe am Rand von Cygnus (Schwan) und wird auch unter der Bezeichnung CK Vulpeculae als Stern mit veränderlicher Helligkeit klassifiziert.

Historische Aufzeichnungen von Nova-Ausbrüchen sind selten und für die moderne Astronomie von großem Interesse. „Das Objekt galt viele Jahre lang als Nova, aber je länger es untersucht wurde, desto weniger sah es nach einer gewöhnlichen Nova oder irgendeiner anderen Art von explodiertem Stern aus“, sagt Tomasz Kamiński, der Erstautor der aktuellen Untersuchung. Kamiński war zum Zeitpunkt der hier vorgestellten Beobachtungen am Max-Planck-Institut für Radioastronomie tätig und arbeitet mittlerweile bei der Europäischen Südsternwarte (ESO).
Bei den ersten Beobachtungen im Jahr 1670 war die Nova Vul 1670 leicht mit bloßem Auge am Himmel sichtbar und wies im Lauf der folgenden beiden Jahre starke Helligkeitsschwankungen auf. Danach verschwand das Objekt und erschien zweimal wieder am Himmel, bevor es endgültig für das bloße Auge unsichtbar wurde. Obwohl die historischen Aufzeichnungen das Phänomen sehr gut dokumentieren, fehlte damals auch den besten Astronomen die Ausrüstung, um die eigenartigen Eigenschaften dieser scheinbaren Nova zu verstehen.

Während des 20. Jahrhunderts kamen die Forscher zu dem Schluss, dass sich die meisten Novae als explosive Ausbrüche in engen Doppelsternsystemen erklären lassen. Das Verhalten von Nova Vul 1670 war mit diesem Modell jedoch nicht vernünftig nachzuvollziehen und blieb ein Rätsel. Auch mit der ständig wachsenden Empfindlichkeit von astronomischen Teleskopen war es lange Zeit unmöglich, überhaupt eine Spur dieses Ereignisses an der entsprechenden Stelle am Himmel nachzuweisen. Erst in den 1980er-Jahren gelang es einem Team von Astronomen, einen schwachen Nebel in der Umgebung der Ausbruchsstelle zu lokalisieren. Diese Beobachtung bezieht sich zwar direkt auf das Ereignis von 1670, trägt jedoch wenig bei zur Aufklärung der wahren Natur dessen, was vor 345 Jahren am Himmel über Europa abgespielt hat.

Tomasz Kamiński führt die Geschichte fort: „Wir haben jetzt das Gebiet bei Submillimeter- und Radiowellenlängen untersucht – und dabei herausgefunden, dass die gesamte Umgebung dieses Überrests in ein kühles Gas eingebettet ist, das eine Vielzahl von Molekülen in ungewöhnlicher chemischer Zusammensetzung enthält.“ Dabei entdeckten die Forscher neutrale Moleküle wie CO, CN, HCN, HNC, NH3, SiO,  ionisierte Moleküle wie N2H+, HCO+ und sogar das organische Molekül H2CO (Formaldehyd).

Neben APEX nutzten die Wissenschaftler das Submillimeter Array (SMA) in Hawaii und das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg zum Nachweis der chemischen Zusammensetzung sowie zur Bestimmung der Häufigkeitsverhältnisse unterschiedlicher Isotope. Beides zusammen ergibt ein sehr detailliertes Bild des Aufbaus und der chemischen Zusammensetzung dieser Gaswolke.

Wie das Team herausfand, ist die Masse des kalten Gases zu groß, um in einem Nova-Ausbruch entstanden zu sein. Dazu sind auch die im Bereich von Nova Vul 1670 gemessenen Isotopenverhältnisse unterschiedlich im Vergleich zu dem, was man von einer Nova erwarten würde. Aber wenn es keine Nova war, was könnte es dann gewesen sein?

Historischer Beleg: Der Astronom Johannes Hevelius beobachtete die vermeintliche Nova von 1670 und zeichnete ihre Position in eine Sternkarte ein. Das Blatt wurde von der Royal Society in England in deren Journal Philosophical Transactions veröffentlicht.

Die Antwort liegt in einer seltenen und spektakulären Kollision zweier Sterne, die leuchtkräftiger ausfällt als der Ausbruch einer Nova, aber weniger leuchtkräftig als eine Supernova. Die entsprechenden Sterne werden als red transients bezeichnet. Es handelt sich dabei um ein sehr seltenes Ereignis, bei dem ein Stern aufgrund des Zusammenstoßes mit einem weiteren Stern explodiert. Bei dieser Katastrophe wird Materie aus dem Innersten des zerstörten Sterns in die Umgebung hinausgeschleudert und es verbleibt ein nur schwach leuchtender Überrest, eingebettet in eine kalte Hülle aus Molekülen und Staub. Diese erst seit kurzem bekannte Art von explosiven Sternen kann die Beobachtungsergebnisse von Nova Vul 1670 nahezu perfekt erklären.

„Eine solche Entdeckung macht am meisten Spaß – etwas, das vollkommen unerwartet kommt“, sagt Ko-Autor Karl Menten, Direktor am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie und APEX-Projektleiter.

NJ / HOR

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