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SUPERNOVAE
Sternexplosion durch Schallwellen
von Hans Zekl
für astronews.com
16. November 2005

Supernova-Explosionen sind eine der dramatischsten Ereignisse im All. Forscher glauben schon seit längerem zu wissen, welche Bedingungen am Lebensende eines Sterns herrschen müssen, um ihn zur Explosion zu bringen. Doch weigerten sich bislang ihre Modellsterne im Computer beharrlich zu explodieren. Jetzt ist vielleicht die fehlende Zutat gefunden: Schallwellen.

Krebs-Nebel

Der Krebs-Nebel ist einer der bekanntesten Supernova-Überreste. Foto: ESO

Sterne mit etwa der acht- bis vierzigfachen Masse der Sonne erwartet kein friedliches Ende. Wenn in ihrem Zentrum die letzten Energiereserven aufgebraucht sind, bricht ihr aus Eisen bestehender Kern in Sekundenbruchteilen unter seinem eigenen Gewicht zusammen und verwandelt sich in einen superdichten Neutronenstern mit rund 20 Kilometern Durchmesser. Dieser wird urplötzlich hart und schwingt zurück. Das nachstürzende Material aus der Hülle des Sterns wird dabei zurückgeschleudert.

Es bildet sich eine Schockwelle, die aber nicht gegen das weiter einströmende Material nach außen gelangen kann. Doch bei der Bildung des Neutronensterns bilden sich unzählige Neutrinos. Obwohl diese Elementarteilchen normalerweise kaum mit normaler Materie reagieren, bleiben sie während des Sternzusammenbruchs für kurze Zeit bei den extremen Dichten gefangen und übertragen ihre Energie auf die Sternmaterie. Dadurch wird der Einfall in eine Explosion umgewandelt, die die Hülle des Sterns absprengt und den Neutronenstern freilegt.

Soweit stark verkürzt die Theorie. Allerdings hat sie einen Schönheitsfehler. Glaubten die Wissenschaftler noch vor wenigen Jahren, das Rätsel der Supernova damit geklärt zu haben, zeigten detaillierte Forschungen danach, dass das "Kochrezept" des Neutrinomechanismus wohl nur in seltenen Ausnahmefällen funktioniert. Normalerweise kommt die Schockfront im Computer zum Stehen und verhungert mangels Energiezufuhr schließlich.

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Doch nun meinen Forscher von der University of Arizona, der Hebrew University in Jerusalem und dem deutschen Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm die fehlende Zutat entdeckt zu haben: Schallwellen. In ihren Rechnungen wurden sie stark genug, um den Stern auseinanderzusprengen. "Das könnte eine völlig neue Sichtweise für Supernovae sein," meint Teamleiter Adam S. Burrows.

Bei früheren Rechnungen wurde das Verhalten des frischen Neutronensterns außer Acht gelassen, weil man es für nicht wichtig hielt. Burrows Gruppe änderte dies und ließ die Simulation außerdem länger laufen. Länger ist hier allerdings ein sehr relativer Begriff. Innerhalb etwa einer halben Sekunde wandelt sich nämlich die Implosion in eine Explosion um.

Die Sternmaterie stürzt nicht gleichmäßig von allen Seiten auf den Neutronenkern. Vielmehr hämmert sie nach etwa einer Viertelsekunde vorwiegend auf einer Seite auf ihn ein und bringt den Kern zum Schwingen. Dabei werden gewaltige Energiemengen umgesetzt, denn pro Sekunde fällt bis zu einem Zehntel der Masse der Sonne auf den Kern ein. Wie ein Lautsprecher strahlt dieser die Energie der einstürzenden Materie auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Tonfrequenz von rund 300 Hertz ab. Aufgrund der physikalischen Verhältnisse, laufen die einzelnen Wellen in einer Schockwelle zusammen, deren Kraft schließlich ausreicht, den Stern ins Jenseits zu befördern. Gleichzeitig erhält die Stoßwelle immer neuen Nachschub, solange weiterhin Materie auf den Neutronenkern einstürzt.

"Möglicherweise funktioniert der Neutrinomechanismus bei manchen Sternen," erklärt Burrows die Ergebnisse. "Aber wenn er versagt, kann der Schalleffekt den Rest besorgen und der Stern explodiert." Interessanterweise erfolgt in der Simulation die Explosion sehr asymmetrisch. Dadurch erhält der Neutronenstern einen kräftigen seitlichen Stoß. Das könnte erklären, warum manche Supernova-Überreste mit mehr als 1000 Kilometern pro Sekunde durch den interstellaren Raum rasen. Der entdeckte Explosionsmechanismus liefert auch eine Begründung, warum die meisten Explosionswolken asymmetrisch sind.

Außerdem ist die durch den Stern jagende Explosionswelle in der Lage, aus leichteren Elementen rasch Atome wie Gold oder Uran zu erzeugen. Beim Neutrinomechanismus konnte dieser r-Prozess nicht ablaufen. Burrows Gruppe will die Rechnungen nun erweitern und die Rolle unterschiedlicher Sternmassen, der Rotation, relativistischer Effekte und Magnetfelder untersuchen.

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