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Sternexplosionen: Typberatung

Vor mehr als 400 Jahren erstrahlte im Sternbild Cassiopeia plötzlich ein "neues Gestirn" am Himmel. Heute wissen wir zwar, dass es sich dabei um eine Sternexplosion handelte, doch wie diese zu Stande kam, ist noch nicht zweifelsfrei geklärt. Ein Lichtecho bringt nun Gewissheit: Die Supernova war ein ganz normaler Typ.
Tychos Supernova-Überrest
Astronomen aus aller Welt rätselten im November 1572, was im Sternbild Cassiopeia passiert war. Ein nie zuvor beobachtetes Gestirn leuchtete dort plötzlich heller als alle anderen. Sogar tagsüber war es sichtbar. Sie verfolgten das Ereignis, bis es eineinhalb Jahre später schließlich verblasst war. Unter ihnen befand sich der dänische Astronom Tycho Brahe, der die Position des "neuen Sterns" präzise vermaß und ihn fernab des Mondes platzierte. Eine Unmöglichkeit für dieses Zeitalter – stellte es doch das vorherrschende Weltbild des Aristoteles in Frage.

Dem zufolge kreisen Sonne, Planeten und Sterne auf starren Kristallsphären um die Erde, unveränderlich und ewig. Eine Vorstellung, die das westliche Denken für nahezu 2000 Jahre prägte. Tychos Fund läutete jedoch endgültig eine Wende ein. Zwar hatten bereits Kopernikus und lange vor ihm schon andere das moderne Sonnensystem favorisiert, doch war eine derartige Architektur für die Mehrzahl der Menschen schlicht abwegig – ruinierte es doch die zentrale Rolle der Erde.

Tycho Brahe | Auf dieser Gravur ist Tycho Brahe zu sehen, als er 1572 die nach ihm benannte Supernova entdeckt. Sie stammt aus dem Buch "Astronomie Populaire" von Camille Flammarion (Paris, 1884).
Heute bringt uns diese selbstverliebte Sicht auf die Welt nur noch zum Schmunzeln. Inzwischen wissen wir auch, dass es sich bei dem neuen Stern um eine rund 10 000 Lichtjahre entfernte Supernova handelte. Bei der Typfrage musste bislang aber auch die moderne Astronomie passen. Denn um den Ablauf der Ereignisse zu rekonstruieren, benötigen Wissenschaftler das während der Explosion emittierte Lichtspektrum sowie den Verlauf der Helligkeit. Von Tychos Supernova sind aber nur noch die wundervoll leuchtenden Überreste zu bestaunen, und die reichen zur Klassifizierung leider nicht aus.

Oliver Krause vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Kollegen haben nun trotzdem ein optisches Spektrum von Tychos Supernova erhascht: Mehr als 400 Jahre nach dem direkten Licht von der Explosion traf ein Lichtecho davon auf die Erde. Eine Gas- und Staubwolke in der Nähe des Geschehens reflektierte den hellen Lichtblitz und warf es mit einer Verzögerung auf die Erde – als würde sich die originale Supernova noch einmal, nur viel schwächer, abspielen.

Dieser Trick kam in den vergangenen Jahren bereits bei einigen anderen antiken Sternexplosionen zum Einsatz, zum Beispiel im Fall von Cassiopeia A – dem jüngsten Nachlass einer Supernova. Vorgeschlagen wurde die Methode hingegen bereits in den 1960er Jahren. Erst die fortschreitende Beobachtungstechnik ließ die Theorie in die Praxis übergehen. Krause und sein Team nutzen nun Teleskope am Calar Alto Observatorium in Andalusien sowie das Subaru-Teleskop auf Hawaii.

Bei nahezu maximaler Helligkeit der reflektierten Strahlung stießen sie im Spektrum auf Linien von Silizium, Schwefel und Eisen, während diejenigen von Wasserstoff fehlten. Genau dieses Muster würden sie für eine Supernova vom Typ Ia erwarten. Viele Indizien hatte schon vorher dafür gesprochen: die historische Lichtkurve, Analysen des Supernovaüberrests und der Fund eines überlebenden Begleitsterns.

Spektrum von Tychos Supernova | Vergleich des neu gewonnenen Spektrums von Tychos Supernova mit anderen Typ-Ia-Supernovae verschiedener Helligkeiten.
Ein solcher ist für diese Art der Explosion nämlich unabdingbar: Ein Weißer Zwerg zieht stetig Materie von seinem Gefährten ab und legt damit ordentlich an Masse zu. Überschreitet er irgendwann einen bestimmten Grenzwert, kommt es zu einer thermonuklearen Explosion, die den Stern fünf Milliarden Mal heller erstrahlen lässt als die Sonne. Gleichzeitig reißt der Zwerg vollständig auseinander – mit vielen tausend Kilometern pro Sekunde schießen seine Bestandteile in den Weltraum.

Der Spektralanalyse von Krause und seinem Team zufolge raste ein Teil der Materie in Tychos Supernova viel schneller davon als der Rest. Vielleicht erzeugte sie keinen symmetrischen Ausbruch, spekulieren sie. Um Gewissheit zu bekommen, schlagen die Forscher vor, weitere Lichtechos der Supernova aus anderen Richtungen zu untersuchen. Damit ließen sich dreidimensionale Bilder der Explosion erstellen und eventuell sogar Rückschlüsse auf den Vorläufer sowie die Explosionsmechanismen ziehen. Zudem könnten auf diese Weise geometrische Effekte ausgemacht werden, die das gestreute Originalbild womöglich leicht abgewandelt haben.

Warum Astronomen die Toten nicht einfach ruhen lassen, erklären die dienlichen Eigenschaften der Supernovae vom Typ Ia: Da die absolute Helligkeit bei jeder dieser Sternexplosionen als gleich angenommen wird, funktionieren sie als kosmologische Entfernungsindikatoren. Mit ihrer Hilfe konnte beispielsweise die beschleunigte Expansion des Weltalls nachgewiesen werden.

In der Milchstraße sind Sternexplosionen allerdings ein relativ seltenes Ereignis – nur sechs von ihnen wurden während des vergangenen Jahrtausends verzeichnet. Tychos Supernova, die der Erde vergleichsweise nah liegt, ist für Wissenschaftler damit ein absoluter Glücksfall.

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  • Quellen
Krause, O. et al.: Tycho Brahe’s 1572 supernova as a standard type Ia as revealed by its light-echo spectrum. In: Nature 456 S. 617–619, 2008.

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