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Kosmologie: Strahlend schiefer Sternentod

Theoretisch ist alles ganz einfach: Ein Stern explodiert am Ende seines Lebens ziemlich unsymmetrisch und produziert gebündelte Jetströme extrem beschleunigten Gases - fertig wäre die bislang mysteriös gebliebene Quelle eines Gammastrahlen-Ausbruches. Schöne Theorie - ist sie nun auch in der Praxis bestätigt und beobachtet worden?
Sterne leuchten, weil in ihrem Inneren Kernreaktionen ablaufen, bei denen leichtere chemische Elemente zu schwereren verschmelzen und dabei Energie freisetzen. Wenn ein Stern mit mehr als der zehnfachen Masse der Sonne seinen nuklearen Brennstoff aufgebraucht hat, führt die Gravitationskraft dazu, dass der zentrale Eisenkern des Sterns kollabiert.

Bei der folgenden Explosion wird der Großteil der Sternmaterie mit hoher Geschwindigkeit ausgeschleudert. Nukleares Brennen und die Aufheizung des Sterngases durch die nach außen laufende Stoßwelle erzeugen eine sehr helle Leuchterscheinung, die den explodierenden Stern für einige Tage so hell strahlen lässt wie eine ganze Galaxie – eine Supernova leuchtet auf.

Die Supernova 2003jd | Eine Aufnahme der Supernova 2003jd und ihrer Heimatgalaxie MCG-01-59-21
Eine spezielle Art der Supernova, den manchmal auch als "Hypernova" bezeichnete Typ Ic, bringen Kosmologen mit so genannten Gammablitzen in Verbindung – extrem hellen, Ausbrüchen sehr intensiver Gamma- und Röntgenstrahlung, die üblicherweise nur wenige Sekunden andauern. Woher sie kommen und wie sie entstehen, war Astronomen über Jahrzehnte ein Rätsel.

Heute wissen wir dank moderner Röntgen- und Gamma-Teleskope im Weltall immerhin, dass diese Gammablitze aus weit entfernten Galaxien stammen. Aber wie lassen sich die unglaublichen Energiemengen erklären, die von den Gammablitzen freigesetzt werden?

Die Blitze, so eine Theorie, stammen von Explosionen, die sich nicht kugelförmig in alle Richtungen ausbreiten – wie normale Supernovae –, sondern vielmehr stark "asphärisch" und in Form gerichteter Gasströme, so genannter Jets. Vielleicht aber haben die Supernovae, die im Verdacht stehen Gammablitze auszusenden, selbst schon eine stark asphärische Form?

Forscher des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA) und anderer Institute haben vor ein paar Jahren theoretische Modelle von solchen stark deformierten Explosionen berechnet. Damit ließ sich voraussagen, dass sich die auf der Erde messbaren Spektren der Supernova unterscheiden sollten, je nachdem, unter welchem Blickwinkel die Explosionen erfasst werden.

Insbesondere Beobachtungen, die mehrere Monate nach der Explosion gemacht werden, sollten stark von der Blickrichtung abhängen – zu diesem späten Zeitpunkt wird das Gas um die Explosionsquelle wegen der fortschreitenden Ausbreitung durchsichtig. Die Modellrechnungen sagen voraus, dass die stärkste Linie im Strahlungsspektrum – eine Linie des neutralen Sauerstoffs – einen einzigen schmalen Buckel haben sollte, wenn die Supernova aus der Richtung des Jets beobachtet wird. In diesem Fall würde man auch den Gammablitz sehen. Erfolgt die Beobachtung aber mit größerem Winkel zur Jetachse, so dass der Gammablitz selbst nicht sichtbar ist, dann ist eine Sauerstofflinie mit zwei Maxima zu erwarten.

Solche Explosionen in fernen Galaxien können allerdings nicht leicht entdeckt werden – schließlich verraten sie sich nicht durch einen strahlend hellen Gammablitz in Richtung Erde. Mit einigen der weltweit größten Teleskope wurde daher ein besonderes Beobachtungsprogramm gestartet, um nach Typ Ic-Gammablitz-Supernovae zu suchen und durch Messung der Strahlungsspektren die Vorhersagen zu überprüfen.

Forscher um Paolo Mazzali berichten nun über einen Erfolg bei ihren jüngsten Beobachtungen der Supernova "2003jd" mit dem japanischen 8,2 Meter Subaru-Teleskop auf dem Mauna Kea auf Hawaii. Wie andere Astronomen mittlerweile bestätigten, weisen ungewöhnliche Doppelmaxima in den Spektrallinien des Lichts, welches das expandierende Supernovamaterial aussendet, auf eine stark von der Kugelgestalt abweichende Explosion hin von "2003jd" hin.

Damit ist ein Beweis erbracht, dass Typ Ic-Supernovae auch stark asphärisch sein können. Die beobachtete Supernova "2003jd" ist extrem hell und weist zusätzlich weitere charakteristische Ähnlichkeiten mit der Supernova "1998bw" auf, von der ein Gammablitz beobachtet wurde. In Übereinstimmung mit dem theoretischen Modell hat die Sauerstofflinie bei der Supernova "1998bw" aber nur ein einziges scharfes Maximum.

Die Messungen an der Supernova "2003jd" bestätigen damit die Vorstellung, dass kosmische Gammablitze beim Kollaps und der Explosion massereicher Sterne erzeugt werden. Im Fall der Supernova "2003jd" ist der Gasjet und der dadurch erzeugte Gammablitz aber nicht auf die Erde gerichtet gewesen und für uns daher unsichtbar geblieben.

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