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Astrophysik

Supernovae: Geisterteilchen als Sprengsatz

Lange Zeit war unklar, wie genau es zu einer Supernova kommt. Neuere Studien sehen in fast masselosen Neutrinos die entscheidende treibende Kraft.
How to blow up a star

Veröffentlicht am: 11.04.2018

Laufzeit: 0:04:06

Sprache: englisch

Untertitel: englisch

Nature ist ein hochrangiges interdisziplinäres Wissenschaftsjournal.

Supernovae gehören zu den spektakulärsten Ereignissen am Himmel. Sie können so hell leuchten wie eine ganze Galaxie, um im Verlauf von Tagen und Wochen schließlich wieder zu verschwinden. Aber nicht jede ist wie die andere. Im Fall besonders schwerer Sterne ist deren Schwerkraft am Ende ihrer Brenndauer so stark, dass ihr gesamtes Zentrum entweder zu einem Neutronenstern oder sogar zu einem Schwarzen Loch zusammenstürzt. Die gewaltigen frei werdenden Energiemengen sprengen daraufhin die äußere Sternhülle ins All. Insbesondere solche »Kernkollaps-Supernovae« stellen die Wissenschaftler vor große Rätsel.

Der Blick durchs Teleskop hilft ihnen kaum weiter, denn entscheidend ist, was im Inneren der explodierenden Sterne geschieht. Doch auch Simulationen von sterbenden Sternen brachten die Forscher nicht voran: Sie wollten im Computer einfach nicht explodieren. Erst in den letzten Jahren gelang es, mittels aufwändiger monatelanger Berechnungen an Supercomputern die gewaltigen Phänomene besser zu verstehen. Dieses gelungene »Nature«-Video zeigt, was wir mittlerweile über sie wissen.

Eine entscheidende Rolle spielt, so zeigte sich, die Neutrinokühlung. Der im Video nur kurz erwähnte Prozess verstärkt die Abkühlung im Sterninneren. Neutrinos, elektrisch neutrale Elementarteilchen, entstehen bei den Kernreaktionen während einer Supernova massenweise und dringen dann, weil sie kaum mit Materie wechselwirken, ungehindert nach außen. Sie können also große Energiemengen abtransportieren, wodurch die Temperatur im Sternzentrum sinkt und es sich schneller zusammenzieht. Gleichzeitig erhitzen sie die Umgebung und tragen so dazu bei, die Explosion einzuleiten. Seit die Simulationen diesen Vorgang angemessen berücksichtigen, explodieren die Sterne auch im Computer.

Astrophysikalische Messungen bleiben dennoch wichtig. Observatorien wie etwa das riesige IceCube South Pole Neutrino Observatory fahnden daher unter anderem nach Neutrinos, die aus Supernovae stammen. Einige Forscher überlegen sogar, ob man das Innere von Supernovae auch mit Hilfe von Gravitationswellen-Observatorien untersuchen könnte. Wie Neutrinos entstehen nämlich auch Gravitationswellen im Inneren der Sterne und dringen dann mühelos nach außen.

Mit der noch jungen Technik, die 2017 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurde, ließen sich bislang zwar nur Kollisionen von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen registrieren. Bei solchen Ereignissen werden extrem schwere Massen stark beschleunigt und senden deshalb starke Gravitationswellensignale aus. Aber, so argumentieren die Wissenschaftler: Bei Supernovae sind ebenfalls große Massen in rascher Bewegung. Auch ihre Signale werden die Detektoren wohl eines Tages nachweisen können.

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