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Supernovae: Zwei Wege zur kosmischen Standardkerze

Überrest einer Supernova

Supernova-Explosionen vom Typ Ia sind eine wahre Goldgrube für Astronomen. Sie spielen nicht nur eine wichtige Rolle beim Verständnis der Sternentwicklung, sondern werden auch als kosmische Standardkerzen eingesetzt, um die Ausdehnung des Universums zu kartieren, denn die Sternenexplosionen scheinen stets gleich hell aufzuleuchten. Neue Ergebnisse zeigen nun aber, dass nicht alle Supernova-Explosionen vom Typ Ia gleich sind und zwei grundsätzlich verschiedene Ursachen haben.

Schon lange rätseln Wissenschaftler an dem Mechanismus, der Sterne als Supernova vom Typ Ia explodieren lässt, konnten bis jetzt aber keine eindeutige Antwort finden. Sie favorisieren zwei verschiedene Modelle: die Explosion eines einzigen Weißen Zwergs oder das Verschmelzen von zwei dieser Objekte.

Die drei denkbaren Konstellationen für Vorläufer einer Ia-Supernova
Die drei denkbaren Konstellationen einer Ia-Supernova | Eine Supernova vom Typ Ia ist die Explosion eines Weißen Zwergs, der von einem Begleitstern zu viel Masse aufgenommen hat. Doch die Natur dieses Begleiters war bisher unklar. Es könnte sich um einen Roten Riesen handeln (oben), um einen Unterriesen oder einen ähnlich hellen Stern der Hauptreihe (Mitte) oder schließlich um einen zweiten Weißen Zwerg (unten). Wissenschaftler favorisieren nach Untersuchungen der Explosion SN 2011fe die zweite Vorläuferkonstellation.

Im ersten Modell befindet sich der Weiße Zwerg in einem Doppelsternsystem mit einem Riesenstern. Dieser bläht sich am Ende seines Lebens auf, große Mengen an Gas gelangen in den Einflussbereich des Weißen Zwergs und können so auf ihn überfließen. Hat sich genug Materie auf dem Weißen Zwerg angesammelt, kommt es zur Zündung der Kernfusion und zu einer unkontrollierten Explosion. Sie zerstört den gesamten Stern und lässt ihn dabei als Supernova vom Typ Ia aufleuchten. Der zweite Weg zur Supernova ist die Verschmelzung von zwei Weißen Zwergen, die einander in einem Doppelsternsystem umkreisen. Durch die Abstrahlung von Gravitationswellen schrumpfen ihre Bahnen, so dass sie schließlich verschmelzen und dabei explodieren.

Bisherige Untersuchungen fanden entweder Beweise für das eine oder aber das andere Modell und standen im Widerspruch zueinander. Nach neuen Ergebnissen eines Astronomenteams um Ryan Foley vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics lassen sich die Widersprüche auflösen. Supernovae vom Typ Ia entstehen auf beide Arten, einige durch explodierende einzelne Weiße Zwerge, andere durch das Verschmelzen von zwei dieser Objekte.

Überrest einer Supernova
Überrest einer Supernova | 1006 n. Chr. leuchtete ein neuer Stern am Erdhimmel auf: die Überreste der Supernova SN 1006 im Sternbild Wolf. Sie war womöglich die hellste Supernova, von der die Menschen bisher Notiz nahmen. Mit Hilfe von derartigen Sterndaten berechneten die drei Laureaten des Jahres 2011 die Expansionsgeschwindigkeit des Universums.

Die Forscher untersuchten dazu das Gas, das die Supernova-Explosionen umgibt und konnten eindeutig zwei verschiedene Umgebungen identifizieren. Einige der explodierten Sterne waren von schnell herausgeschleudertem Gas umgeben, wie es bei der Explosion eines einzelnen Weißen Zwerg zu erwarten ist. Das Gas stammt vom stark aufgeblähten Begleitstern. Bei anderen Supernovae fand sich kein umgebendes Gas, was für das Verschmelzen zweier Weißer Zwerge spricht. Außerdem scheinen sich die etwas energiereicheren Explosionen in den Systemen zu ereignen, in welchen sich große Mengen ausströmenden Gases nachweisen lassen.

Astronomen messen mit Hilfe dieser Supernovae wie sich das Universum in seiner Vergangenheit ausdehnte. Sie entdeckten, dass die Expansion zunehmend schneller erfolgt. Diese Erkenntnis führte zur Entdeckung der Dunklen Energie und wurde 2011 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Berücksichtigt man zukünftig, dass Supernovae vom Typ Ia leicht unterschiedlich sind, ließen sich die Messungen verbessern. Vollkommen unbekannt bleibt zum jetzigen Zeitpunkt jedoch, warum die zwei verschiedenen Entstehungsprozesse zu einer recht einheitlichen Helligkeit der explodierenden Sterne führen.

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