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Supernovae: Magnetar erzeugt extrem langen Gammastrahlenausbruch

Ein Magnetar war die Energiequelle der äußerst hellen Supernova 2011kI und sorgte zudem für einen vier Stunden dauernden Gammastrahlenausbruch.
Supernova

Vor mehr als drei Jahren beobachtete der Satellit Swift einen ungewöhnlichen Gammastrahlenausbruch, der rund vier Stunden anhielt, statt nach wenigen Sekunden oder Minuten wieder zu verblassen. Nun fand eine Forschergruppe um Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching eine Erklärung für diesen ungewöhnlich langen Ausbruch: Offenbar war hierfür eine extrem helle Supernova vom Typ Ic verantwortlich. Ihre Energiequelle war ein rasch rotierender Neutronenstern mit extrem starken Magnetfeld, ein Magnetar. GRB 111209A erzeugte im sichtbaren Licht für rund 70 Tage ein deutliches Nachleuchten, so dass sich seine Rotverschiebung bestimmen ließ. Sie liegt bei z = 0,68, stammt also aus einer Zeit, als unser Universum rund die Hälfte seines heutigen Alters aufwies (also rund 6,9 Milliarden Jahre).

Supernova mit Magnetar als Energiequelle | Eine Supernova mit dem zugehörigen Gammastrahlenausbruch wird durch einen sich schnell drehenden Neutronenstern mit einem starken Magnetfeld angetrieben – ein exotisches Objekt, das auch als Magnetar bezeichnet wird (künstlerische Darstellung). Die Supernova SN 2011kI erhielt ihre Energie nicht wie erwartet durch radioaktiven Zerfall, sondern durch ein abklingendes, sehr starkes magnetisches Feld um einen Magnetar.

Eine Supernova vom Typ Ic entsteht, wenn der Kern eines massereichen Sterns bei Erlöschen der Fusionsreaktionen zu einem Neutronenstern kollabiert. Vorher hatte dieser Stern seine beiden äußeren Schichten, die aus Wasserstoff beziehungsweise Helium bestanden, durch einen intensiven Sternwind in die Umgebung abgeblasen. Solche Supernovae zeigen in ihren Spektren weder die Linien von Wasserstoff noch von Helium. Die enorme Leuchtkraft von gewöhnlichen Kernkollaps-Supernovae vom Typ II entsteht nach der eigentlichen Explosion durch den Zerfall des kurzlebigen radioaktiven Isotops Nickel-56, das bei der Explosion entstand und dabei in die Explosionswolke überging. Aber die Supernova SN 2011kI war so hell, dass der Zerfall von radioaktivem Nickel bei Weitem nicht ausreichte, die beobachtete Intensität zu erklären.

Somit suchten die Forscher um Greiner eine andere Energiequelle, um die beobachtete Helligkeit und vor allem ihren zeitlichen Verlauf zu erklären. Sie nehmen an, dass beim Kollaps des Vorgängersterns ein Neutronenstern entstand – ein kompaktes Objekt mit einem Durchmesser von rund 20 Kilometern. Dieses kann aber die bis zu 1,4-fache Masse unserer Sonne enthalten. Dieser Neutronenstern rotiert rasend schnell, eine Umdrehung dauert nur zwölf Millisekunden. Er ist von einem extrem starken Magnetfeld umgeben, mit einer Feldstärke von rund zehn Milliarden Tesla (zum Vergleich: das Erdmagnetfeld hat eine Feldstärke von 50 Mikrotesla). Das Magnetfeld des Magnetars tritt dabei in Wechselwirkung mit den bei der Supernova ausgestoßenen heißen Gasmassen. Dabei wird ein Teil der enormen Rotationsenergie des Neutronensterns auf die umgebenden Gasmassen übertragen, wodurch diese extrem aufgeheizt werden, so dass sie große Mengen der energiereichen Gammastrahlen freisetzen. Somit ließen sich die enorme Helligkeit der Supernova SN 2011kI und der lang anhaltende Gammastrahlenausbruch erklären.

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