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Kosmologie: Standardkerze ohne Standard

Um ferne Distanzen im Universum zu vermessen, ziehen Astronomen oftmals bestimmte, in etwa gleich starke Sternexplosionen heran. Eine Supernova vom gefragten Typ Ia tanzt nun aber aus der Reihe und ermahnt die Astronomen einmal mehr zur Vorsicht beim Ermitteln kosmischer Entfernungen.
Sterne ohne EndeLaden...
Auf hoher See den Abstand eines fernen Schiffes abzuschätzen, mag schwer fallen, wenn man weder um die Art des Schiffes weiß, noch irgendwelche Referenzpunkte hat. Ist es groß und weit weg oder näher und klein? Die funkelnden Sterne am Nachthimmel gaben den Astronomen vor einigen hundert Jahren wohl ähnliche Rätsel auf. Glücklicherweise gibt es inzwischen die Entfernungsleiter.

Was merkwürdig klingt, ist tatsächlich notwendig, um die unendlichen Weiten zu erforschen. Ohne sie wüssten die Wissenschaftler beispielsweise nicht, dass die Expansion des Universums beschleunigt verläuft. Die Sprossen dieser Leiter bestehen aus verschieden Methoden zur Entfernungsbestimmung, mit denen sich Stufe für Stufe ein bisschen mehr Weltall vermessen lässt.

Angefangen bei Signallaufzeiten zu anderen Planeten, über die Winkelmessung der nächsten Sterne, baut sie sich auf bis zur Beobachtung so genannter Standardkerzen, die in Milliarden von Lichtjahren entfernten Galaxien erstrahlen. Deren Vorzug gegenüber anderen Gestirnen: eine wohl bekannte absolute Helligkeit. Sie gibt den Astronomen ein Maß für die tatsächliche Strahlungsleistung der Himmelskörper.

Für einen irdischen Betrachter erscheinen die kosmischen Kerzen natürlich viel schwächer als aus der Nähe, denn die anfängliche Leuchtkraft nimmt nach streng physikalischer Vorschrift mit dem zurückgelegten Weg ab. Astronomen wissen darum und können infolgedessen auf die Distanz der Quelle schließen. Besonders Supernovae vom Typ Ia bewährten sich auf diese Weise als Entfernungsmesser.

Derartige Sternexplosionen ereignen sich bei Weißen Zwergen, die zusammen mit einem Roten Riesen ein enges Doppelsternsystem bilden. Ständig strömt Materie vom Begleiter auf die Oberfläche des Zwerges und lagert sich dort ab. Im Prinzip noch kein Grund gleich zu zerbersten. Erreicht der belastete Stern die so genannte Chandrasekhar-Grenze, ändert sich das allerdings: Bei etwa 1,4 Sonnenmassen kollabiert der Weiße Zwerg unter seiner eigenen Gravitation.

Durch die enorme Energie zünden Fusionsprozesse und schließlich explodiert der Zwerg als Supernova. Dabei zerfetzt der gesamte Stern und verteilt sich ins Weltall, wobei er mit der Helligkeit einer ganzen Galaxie aufleuchtet. Die maximale Intensität dieser Strahlung sollte auf Grund derselben Ausgangsmasse und einer ähnlichen Zusammensetzung, also demselben Zündstoff, in etwa gleich sein. Jahrzehnte lang stütze sich die Astronomie auf diese Theorie.

Supernova SNLS-03D3bbLaden...
Supernova SNLS-03D3bb | SNLS-03D3bb widerspricht der bisher akzeptierten Theorie über Supernovae vom Typ Ia. Als Entfernungsmesser ist sie somit nicht geeignet.
Doch Astronomen um Andrew Howell von der Universität von Toronto fanden nun eine Supernova von Typ Ia, die nicht ins Schema passt. Vier Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, inmitten einer Galaxie, präsentierte sich SNLS-03D3bb doppelt so hell wie ihre Geschwister. Hinzu kam, dass die Geschwindigkeit der ausgeworfenen Materie viel geringer war als üblich. Diese Abarten konnten Howell und seine Kollegen nur erklären, wenn sie für den ursprünglichen Stern etwa die zweifache Sonnenmasse veranschlagten. Damit hätte er deutlich über der Chandrasekhar-Grenze gelegen und laut Theorie gar nicht zusammenhalten dürfen.

Womöglich war es eine schnelle Rotation, die den übergewichtigen Zwerg vor dem Gravitationskollaps gerettet hat, vermuten die Forscher. Andererseits waren vielleicht auch zwei gewöhnliche Weiße Zwerge an der Explosion beteiligt, die zuvor miteinander verschmolzen. Um genauere Aussagen machen zu können, seien jedoch detailliertere Modellrechnungen erforderlich. Eins sei aber auch jetzt schon sicher: Supernova SNLS-03D3bb ist unbrauchbar als Standardkerze.

Somit stellt sich die Frage, ob weniger starke und damit auffällige Supernovae vom Typ Ia die grundlegenden Resultate der bislang durchgeführten Entfernungsbestimmungen eventuell ändern. Nein – meinen die Autoren, aber um sie weiterhin als verlässliche Standardkerzen nutzen zu können, sollten sie jeweils eingehend geprüft und extreme Vertreter aus kosmologischen Untersuchungen ausgeschlossen werden.
21.09.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 21.09.2006

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