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Supernovae: Wenn zwei Supernovae zünden

Das Weltraumteleskop Kepler hat zwei Supernovae beim Beginn ihrer Explosionen gesichtet. Es konnte in einem Fall den Durchbruch der Stoßwelle an der Sternoberfläche nachweisen.
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Supernovae gehören zu den energiereichsten Ereignissen im Universum und gehen auf die Explosionen von massereichen Sternen zurück. Dabei leuchten die sterbenden Sterne für wenige Tage bis Wochen heller als alle anderen Sterne einer Galaxie zusammen. Mit dem Weltraumteleskop Kepler konnte ein Astronomenteam um Peter Garnavich an der University of Notre Dame im US-Bundesstaat Indiana zwei massereiche Sterne in zwei weit entfernten Galaxien dabei beobachten, wie sie ihr Leben in mächtigen Supernova-Explosionen des Typs II aushauchten. Dabei gelang es ihnen, den Beginn und den Verlauf der Explosionen mit hoher zeitlicher Auflösung zu verfolgen, in dem die Astronomen die Gesamthelligkeiten der Galaxien mit hoher Genauigkeit aufzeichneten. In diesen großen Entfernungen lassen sich keine Einzelsterne beobachten.

Durchbruch der Stoßwelle einer Supernova (Illustration)Laden...
Durchbruch der Stoßwelle einer Supernova | Nachdem der Kollaps im Inneren eines Riesensterns mit rund dem 500-fachen Durchmesser unserer Sonne eingesetzt hat, durchrasen Stoßwellen das Sterninnere und brechen durch dessen Oberfläche zunächst in Form von eng begrenzten Gasstrahlen (Illustration). Nur rund 20 Minuten später zerreißen noch stärkere Stoßwellen die äußeren Schichten des Sterns endgültig.

Supernovae entstehen, wenn im Kern eines massereichen Sterns der nukleare Brennstoff für die Energie erzeugenden Fusionsreaktionen ausgeht. Dann kann die hochverdichtete Materie des Kerns der eigenen Gravitation nicht mehr standhalten und kollabiert innerhalb von wenigen Sekunden zu einem kompakten Objekt. Dabei kann es sich je nach Ausgangsmasse um einen Neutronenstern oder gar ein Schwarzes Loch handeln. Gleichzeitig entstehen beim Kollaps der Zentralregion extrem starke Stoßwellen, die durch die äußeren Schichten des Sterns nach außen rasen und diesen schließlich auseinanderreißen.

Im Fall der Supernova KSN 2011d explodierte ein Roter Riese mit etwa dem 500-fachen Durchmesser unserer Sonne in einer rund 1,2 Milliarden Lichtjahre von uns entfernten Galaxie. Dabei gelang es den Forschern um Garnavich erstmals, den Durchbruch der Stoßwelle durch die Sternoberfläche sozusagen live zu verfolgen, da das Weltraumteleskop Kepler Sterne und Galaxien mit hoher zeitlicher Auflösung beobachtet. Der Vorgang dauerte nur rund 20 Minuten. Zunächst brach die Stoßwelle in eng begrenzten Regionen der Sternoberfläche durch, was sich im Verlauf der Lichtkurve, also der Auftragung der Helligkeit gegenüber der Zeit, zeigt. Nach etwa 20 Minuten folgte dann der endgültige Durchbruch, wobei die äußeren Schichten des Sterns zerrissen wurden und sich in eine rasch expandierende, extrem heiße Gaswolke verwandelten. Der sonstige Verlauf der Helligkeitsentwicklung folgte sehr genau den Modellvorstellungen von Supernovae des Typs II.

Bei einer vergleichbaren Sternexplosion mit der Bezeichnung KSN 2011a, bei der ein Stern mit etwa dem 300-fachen Durchmesser der Sonne in rund 700 Millionen Lichtjahren Entfernung explodierte, konnten die Forscher dagegen keinen Verlauf bei der Freisetzung der Stoßwelle nachweisen, sie brach also gleich mit der vollen Wucht durch. Möglicherweise war der kleinere Stern von Wolken vorher ausgestoßenen Gases umgeben, die einen Blick auf die Vorgänge beim Durchbruch verhinderten.

12/2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 12/2016

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