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Sternexplosionen: Eine Supernova in 3D

Künstlerische Darstellung des Überrestes der Supernova 1987A
Im Gegensatz zur Sonne, die einen vergleichsweise unspektakulären Tod sterben wird, explodieren massereiche Sterne am Ende ihres kurzen Lebens als Supernova. Dabei werden große Mengen an Sternmaterie ins All geschleudert. Unter den bislang beobachteten Supernovaexplosionen nimmt die Supernova 1987A (abgekürzt SN 1987A) eine besondere Stellung ein: Sie wurde am 24. Februar 1987 entdeckt und war somit die erste Supernova seit 383 Jahren, welche mit bloßem Auge zu sehen war. Sie befindet sich in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße, rund 157 000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Wegen der für astronomische Verhältnisse geringen Entfernung war es möglich, die Explosion eines massereichen Sterns so detailliert zu untersuchen wie nie zuvor.

Überrest der Supernova 1987A | Diese künstlerische Darstellung von Gas und Staub um einen kürzlich explodierten Stern basiert auf Beobachtungen der Supernova SN 1987A. Die Messungen enthüllten die dreidimensionale Verteilung des ausgeworfenen Materials. Das Bild zeigt die verschiedenen Teile des Sternenrests: zwei äußere Ringe (links und rechts), ein innerer Ring (Mitte) und den Zentralbereich.
SN 1987A erwies sich für die Astrophysik als wahre Goldgrube und erlaubte es den Wissenschaftlern, in vielerlei Hinsicht Neuland zu betreten: Sie konnten erstmals Neutrinos aus dem in sich zusammenfallenden Zentralbereich des Sterns nachweisen, welche die Explosion auslösten; sie fanden erstmals Anzeichen dafür, dass die Explosion asymmetrisch ablief; weiterhin gelangen direkte Nachweise von radioaktiven Elementen, die während der Explosion erzeugt wurden. Außerdem war dies der erste Fall, in dem es gelang, den Vorgängerstern einer Supernova auf archivierten Fotoplatten zu identifizieren – und damit zu sehen, wie er vor der Explosion aussah. Auch die Masse des Vorgängersterns ist bekannt: Er besaß 18 Sonnenmassen.

Mit Hilfe neuer Beobachtungen ist es möglich, die Struktur der zentralen Bereiche der Explosionsüberreste dreidimensional darzustellen. Dafür verwendeten Forscher das Infrarotspektrometer SINFONI am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile.

Die neuen Daten zeigen insbesondere, dass die Explosion in einigen Richtungen stärker und schneller erfolgte als in anderen. Daraus ergab sich eine unregelmäßige Form: Einige Teilbereiche der Explosionswolke erstrecken sich weiter in den Raum hinaus als andere. Mit SINFONI ist es möglich, anhand der Verschiebung der Spektrallinien die Geschwindigkeit der Materieauswürfe in unterschiedlichen Bereichen des Supernovaüberrests räumlich aufgelöst zu untersuchen. Rechnet man die Geschwindigkeiten auf den Explosionsort zurück, ergibt sich daraus die dreidimensionale Struktur der sich ausbreitenden Materiewolke.

Das Material, das bei der Explosion ausgestoßen wurde, bewegt sich mit 100 Millionen Kilometern pro Stunde nach außen – rund einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit. Aber sogar mit dieser Geschwindigkeit benötigte das Material zehn Jahre, um einen Ring aus Gas und Staub zu erreichen, den der sterbende Stern vor der Explosion ausgestoßen hatte. Die Bilder dokumentieren auch eine weitere Welle aus Sternmaterial, die sich mit einem Zehntel der genannten Geschwindigkeit ausbreitet. Sie wird von radioaktiven Elementen aufgeheizt, die bei der Explosion erzeugt wurden.

Karina Kjær, die Leiterin des Wisseschaftlerteams, erläutert: "Wie es genau zu einer Supernovaexplosion kommt, ist nach wie vor nicht besonders gut verstanden, aber die Art und Weise, wie der Stern explodierte, kann man aus den innersten Bereichen der Explosionswolke ablesen. Wir sehen, dass die Materie dort nicht in alle Richtungen gleichmäßig ausgestoßen wurde. Stattdessen scheint es eine Vorzugsrichtung zu geben, die sich von derjenigen unterscheidet, die man anhand der Lage des Ringes erwarten würde."

Dieses asymmetrische Verhalten wird von einigen aktuellen Computermodellen von Supernovaexplosionen vorhergesagt. Diese Modelle ergaben großräumige Instabilitäten während der Explosion. Die neuen Beobachtungen liefern daher die erste direkte Bestätigung dieser Modelle. (eso)

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  • Quellen
Kjær, K. et al.: The 3-D Structure of SN 1987A’s inner Ejecta. In: Astronomy & Astrophysics (im Druck), 2010.

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