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Supernovae: Letzte Stunden eines Sterns beobachtet

Was passiert mit einem Roten Überriesen am Ende seiner Tage? Er explodiert – erstmals vor den Augen der interessierten Fachwelt.
Roter Überriese (künstl. Darst.)

Erstmals ist es Menschen gelungen, das Ende eines Roten Überriesen quasi live zu beobachten: Mit Hilfe des Pan-STARRS- und des Keck-Teleskops auf Hawaii konnte ein Team um Wynn Jacobson-Galán von der University of California in Berkeley die letzten 130 Tage des sterbenden Sterns mitverfolgen: bis hin zu seiner Explosion als Supernova, wie die Beteiligten im »Astrophysical Journal« schreiben.

Wenn der Lebenszyklus von Sternen sich dem kosmischen Ende nähert, beginnen sich die Objekte auszudehnen: Die Kernfusion verlagert sich vom Zentrum zunehmend in die Hülle, was den Kern immer mehr komprimiert. Die starke Strahlung hingegen drückt die äußeren Bereiche weiter ins All. Der Stern bläht sich auf und wird zu einem Roten Riesen oder Überriesen, je nach Masse. Und ein Teil davon explodiert schließlich in Form von Supernovae.

Pan-STARRS entdeckte einen derart zum Untergang verurteilten massereichen Stern erstmals im Sommer 2020 anhand der enormen Lichtenergie, die von dem Roten Überriesen ausging. Das Objekt befindet sich etwa 120 Millionen Lichtjahre entfernt in der Galaxie NGC 5731. Einige Monate später, am 6. September, erhellte schließlich eine Supernova den Himmel. Jacobson-Galán und Co konnten den gewaltigen Lichtblitz schnell detektieren und mit einem Spektrometer des Keck-Observatoriums das Spektrum der energiereichen Explosion aufnehmen, die das Team als Supernova 2020tlf (SN 2020tlf) bezeichnete. Die Daten zeigten direkte Belege für dichtes zirkumstellares Material, das den Stern zum Zeitpunkt der Explosion umgab. Es war wahrscheinlich dasselbe Gas, das Pan-STARRS bereits im Sommer bei einem heftigen Auswurf des roten Überriesensterns aufgenommen hatte.

Hierbei handelte es sich um eine Kernkollaps-Supernova. »Erstmals haben wir direkt dabei zugesehen, wie ein Roter Überriese explodiert! Noch nie zuvor wurde die Aktivität eines solchen Riesensterns mitverfolgt, bevor er in einer Typ-II-Supernova explodiert«, sagt Jacobson-Galán. Anhand der zahlreichen Daten konnte die Arbeitsgruppe ermitteln, dass der Überriese vor seinem Ende rund 5000 Kelvin heiß war und den 1500-fachen Radius unserer Sonne umfasste. Außerdem war er zehnmal massereicher als unser Zentralgestirn.

Erstaunlicherweise war der sterbende Stern vor seinem Finale noch überaus aktiv und setzte enorme Mengen an Strahlung und Materie frei. Es sei die erste Typ-II-Supernova, für die eine derart große Aktivität beobachtet wurde, schreiben Jacobson-Galán und Co. Sonst verliefen die Momente vor den entsprechenden Supernovae deutlich ruhiger. Zumindest einzelne Überriesen verhalten sich damit anders, als dies bislang bemerkt worden war.

Verantwortlich dafür seien wohl starke Veränderungen der internen Struktur des Sterns, die eine plötzliche Energiezufuhr in der Hülle bewirkt haben. Sie führte dann zu verstärktem Ausstoß stellaren Materials, was letztlich beobachtet wurde. Wie es zu dieser Energiezufuhr kam, ist allerdings unklar. In Frage kämen etwa Gravitationswellen aus der Fusion von Neon und Sauerstoff oder ein nuklearer Blitz aus der Verbrennung von Silizium. Aber das seien noch Hypothesen, schreiben die Astronomen.

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