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Astronomie im Computer: Wann stirbt ein Stern mit Gammablitz?

Forscher haben simuliert, wie sich in einem sterbenden Stern enorme Magnetfelder bilden und zu einer Hypernova mit Gammastrahlenausbruch führen.
Simulation einer HypernovaLaden...

Einige Sterne leuchten am Ende ihres Lebens so heftig auf, dass sie wenige Sekunden lang so hell strahlen wie eine ganze Galaxie. Diese so genannten Hypernovae gehören zu den intensivsten und kürzesten Ereignissen des Kosmos. Dabei sind noch viele der physikalischen Vorgänge rätselhaft, die in einem sterbenden Stern zu einem derart extremen Geschehen führen. Mit Hilfe von Conputersimulationen konnte ein Team von Forschern um Philipp Mösta von der University of California in Berkeley einige der Prozesse nun besser verstehen.

Wie ein Leuchtturm im All

Wenn sehr massereiche Sterne ihren Brennstoff im Kern aufgebraucht haben, kollabieren sie unter ihrer eigenen Schwerkraft. Dabei stoßen sie die äußeren Bereiche in Form einer hellen Supernova nach außen – normalerweise. Doch manchmal kommt es zu einem noch gewaltigeren Ereignis. Entlang der Rotationsachse des Sterns bilden sich dann strahlenförmige Bereiche, so genannte Jets, die immense Energien auf einen sehr kleinen Raumbereich von wenigen Grad bündeln und Gammastrahlen so weit nach außen schleudern, dass wir sie noch in Milliarden Lichtjahren Entfernung wahrnehmen können.

Die Blitze sind für das menschliche Auge unsichtbar und wurden erst in den 1960er Jahren mit Hilfe von Satelliten entdeckt, die eigentlich Kernwaffentests überwachen sollten. Bald war Astronomen klar, dass an einem Gammastrahlenausbruch enorm starke Magnetfelder beteiligt sein müssen. Mit ihrer detaillierten Simulation in einem leistungsfähigen Supercomputer gelang es dem Postdoktoranden Mösta und seinen Kollegen jetzt, einige der Vorgänge in bisher unerreichtem Detail nachzuvollziehen. Insbesondere zeigten sie, wie es den Sternen möglich ist, ihr Magnetfeld während ihres Kollaps billiardenfach zu verstärken.

Einheit aus Turbulenz

Die Sterne entziehen vor einer Hypernova die dafür notwendige Energie ihrer eigenen Rotation. Nur wenige drehen sich schnell genug, um ein ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen – alle anderen enden in einer Supernova. Die Physiker um Mösta berechneten nun, wie sich in lediglich zehn Millisekunden aus den zahlreichen, unterschiedlich schnellen und turbulenten Strömungen in den verschiedenen inneren Schichten des Sterns ein einheitliches Feld formt. Magnetische Scherkräfte zwingen das geladene Plasma auf die Rotationsachse. In einer Art Feedbackschleife schaukeln sich die Prozesse letztlich bis zu einem Gammastrahlenausbruch auf.

Dieses Prinzip hatten Astronomen bereits als mögliche Erklärung angenommen – das Team um Philipp Mösta hat jetzt gezeigt, dass es auch tatsächlich so ablaufen kann. Als Nächstes möchten die Forscher nun die Sekundenbruchteile nach dem Kollaps simulieren, um zu verstehen, wie die Materie weiter mit den Magnetfeldern wechselwirkt, nachdem sie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All ausgestoßen wurde.

48/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 48/2015

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