Jede Woche stoßen automatische Programme zur Himmelsüberwachung auf die charakteristischen Lichtblitze von Supernova-Explosionen, die sich in fernen Galaxien ereignen. Aber die Supernova SN 2013fs, die am 6. Oktober 2013 in der Galaxie NGC 7610 im Sternbild Pegasus registriert wurde, ist wirklich etwas Besonderes. Die Entdeckung, die mit der intermediate Palomar Transient Factory (iPTF) auf dem kalifornischen Mount Palomar gelang, erfolgte nur drei Stunden nach dem Beginn der Explosion. Damit handelt es sich um die früheste Beobachtung einer beginnenden Supernova überhaupt – die meisten von ihnen werden oft erst Tage nach Beginn entdeckt. Eine Forschergruppe um Ofer Yaron am israelischen Weizmann Institute of Science in Rehovot hat nun die Ergebnisse ihrer rasch organisierten Beobachtungskampagne in der Fachzeitschrift "Nature Physics" vorgestellt.

Übersichtsgrafik der Supernova SN 2013fs in der Galaxie NGC 7610
© Ofer Yaron, Weizmann Institute of Science
(Ausschnitt)
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In der rund 160 Millionen Lichtjahre von uns entfernten Galaxie NGC 7610 im Sternbild Pegasus wurde die Supernova SN 2013fs nur drei Stunden nach Beginn der Explosion entdeckt (Bild oben). Die Stoßwelle der Explosion sorgte für eine blitzschnelle Aufheizung und Ionisation einer zuvor vom Vorgängerstern ausgestoßenen Wolke aus Gas und Staub. Dabei wurden die in der Schale enthaltenen Elemente zur Aussendung charakteristischer Emissionslinien angeregt. Daraus lassen sich Rückschlüsse über das Verhalten des Vorgängersterns kurz vor der Explosion ableiten.

Den Forschern zufolge war SN 2013fs eine Supernova vom Typ II, also eine so genannte Kernkollaps-Supernova, bei der ein massereicher roter Überriese explodiert. Dies geschieht dann, wenn sich im Inneren des Riesensterns durch Fusionsreaktionen ein massereicher Kern aus Eisen gebildet hat. Dieser kann den enormen Drücken und Temperaturen im Sterninneren nicht lange standhalten, sondern kollabiert abrupt zu einem noch dichteren Objekt. Dies ist je nach Ausgangsmasse entweder ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Beim Kollaps werden enorme Stoßwellen erzeugt, die in den äußeren Schichten des Sterns mit Überschallgeschwindigkeit nach außen laufen. Nähern sich die Stoßwellen der Sternoberfläche, wird der Explosionsblitz der Supernova sichtbar.

Im Fall von SN 2013fs war der Vorgängerstern von einer dichten Hülle aus Gas und Staub umgeben, die der Stern wohl nur wenige Jahre vor der Explosion ausgestoßen hatte. Dabei wird die Hülle in kürzester Zeit enorm aufgeheizt, was die in ihr enthaltenen Elemente stark ionisiert. Die Folge sind charakteristische Emissionslinien im Lichtspektrum der Sternexplosion. Aus der Vermessung des Ereignisses ergibt sich, dass die dichte Gashülle einen Radius von weniger als 20 Lichtstunden hatte – also die Strecke, die Licht in 20 Stunden zurücklegt (zum Vergleich: Der äußerste Planet Neptun im Sonnensystem ist gut vier Lichtstunden von der Sonne entfernt). Aus den Eigenschaften dieser Gashülle lassen sich Informationen über das Verhalten des Vorgängersterns kurz vor der Explosion gewinnen. Schon seit Längerem hegen die Astrophysiker den Verdacht, dass rote Überriesen schon Jahre vor der Supernova instabil werden und große Mengen an Materie abstoßen. Dabei schwanken die Sterne beträchtlich in ihrer Helligkeit und blähen sich auf, um kurz darauf wieder zu schrumpfen.

Beim Stern von SN 2013fs vermuten die Forscher um Yaron, dass er rund zehn Jahre vor der Explosion damit begann, beträchtliche Materiemengen auszustoßen, die sich in einer kugelförmigen Hülle um ihn ansammelten. Dies geht darauf zurück, dass sich durch die Kernfusionsreaktionen in seinem Inneren die Strukturen und die chemische Zusammensetzung rasch veränderten und dabei Stoßwellen in Richtung Oberfläche ausgesandt wurden. Diese verursachen in der Folge die enormen Materieausstöße. Die letzte Phase vor der Explosion ist das so genannte Silizium-Brennen. Hier verschmelzen Siliziumatome unter Freisetzung enormer Energiemengen zu Eisen, das sich im Kern ansammelt. Diese Phase dauert nur wenige Stunden bis Tage, bevor der Eisenkern instabil wird, kollabiert und damit die Supernova beginnt.