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SDSS
Neuer Hinweis auf Supernova-Auslöser
von Stefan Deiters
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6. März 2012

Supernova-Explosionen vom Typ Ia spielen in der Kosmologie eine große Rolle, lassen sich mit ihnen doch Entfernungen auch noch über große Distanzen abschätzen. Über den genauen Auslöser dieser Explosionen herrscht allerdings noch immer Unklarheit. Die Auswertung von Datenmaterial des Sloan Digital Sky Survey lieferte nun einen weiteren wichtigen Hinweis.

Weiße Zwerge

Ein Mosaik aus 99 der insgesamt rund 4.000 im SDSS gefundenen Weißen Zwergsterne. Bild: Carles Badenes und das SDSS-III Team [Großansicht]

Die Bestimmung von Entfernungen im Universum ist alles andere als einfach. Astronomen nutzen dazu in der Regel Objekte, von denen sie sehr genau zu wissen glauben, wie leuchtkräftig sie tatsächlich sind. Vergleicht man diesen Wert dann mit der Strahlung, die auf der Erde von so einem Objekt ankommt, kann man auf dessen Distanz schließen.

Eine besondere Rolle spielen dabei eine bestimmte Art von Supernova-Explosionen, die sogenannten Supernovae vom Typ Ia. Nach Ansicht der Astronomen handelt es sich dabei um explodierende Weiße Zwergsterne, also ausgebrannte Sternenreste. Die maximale Helligkeit dieser Explosionen glauben die Forscher zu kennen, so dass sich mit Hilfe dieser Supernovae, Entfernungen auch über weite Distanzen bestimmen lassen. Für die Entdeckung der beschleunigten Ausdehnung des Universums, die im letzten Jahr mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurde, waren diese Sternexplosionen von großer Bedeutung.

Auch wenn sich die Astronomen weitgehend einig darüber sind, dass bei einer Supernova-Explosion vom Typ Ia ein Weißer Zwergstern beteiligt ist, gibt es doch noch immer Diskussionen darüber, was diese Explosion eigentlich auslöst (astronews.com berichtete wiederholt). "Wir wussten, dass zwei Sterne an einer solchen Explosion beteiligt sein müssen und es sich bei einem auf jeden Fall um einen Weißen Zwerg handelt", erklärt Dan Maoz von der Universität in Tel Aviv in Israel. "Aber es gibt zwei Möglichkeiten, um was es sich bei dem zweiten Stern handeln kann."

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Eine Möglichkeit ist, dass der Weiße Zwergstern von einem normalen Stern umrundet wird und von diesem ständig Material abzieht. Dies geht so lange gut, bis der Weiße Zwerg eine kritische Masse erreicht hat und schließlich explodiert. Es wäre aber auch möglich, dass es sich um ein System aus zwei Weißen Zwergsternen handelt, die sich gegenseitig umkreisen und schließlich irgendwann verschmelzen. Für dieses Szenario hatte es in jüngster Zeit immer mehr Indizien gegeben.

"Es gab offensichtliche Gründe dafür anzunehmen, dass Supernovae vom Typ Ia durch die Verschmelzung von Weißen-Zwerg-Doppelsystemen entstehen", so Maoz. "Die entscheidende Frage aber war damit: Gibt es da draußen tatsächlich so viele Systeme aus zwei Weißen Zwergsternen, dass sich damit die beobachtete Supernova-Häufigkeit erklären lässt?"

Das Problem bei der Suche nach einer Antwort auf diese Frage ist, dass Weiße Zwerge nicht sonderlich hell sind. Es besteht also wenig Hoffnung, sie auch in entfernten Galaxien nachzuweisen. Maos und sein Kollege Carlos Badenes von der University of Pittsburgh nahmen sich daher die Region vor, in der Weiße Zwerge sicher nachzuweisen sind - die Umgebung der Sonne in einem Umkreis von rund 1.000 Lichtjahren. Zur Suche nutzten sie den Sloan Digital Sky Survey (SDSS), eine umfangreiche Himmelsdurchmusterung, die über ein Viertel des Himmels abdeckt und neben Bildern auch Spektren von über einer Million Objekten enthält.

Um aber nachweisen zu können, dass es sich um ein Doppelsternsystem handelt, hätten Maos und Badenes eigentlich zwei Spektren von einem Objekt benötigt, doch der SDSS liefert von den meisten Objekten lediglich eins. Es besteht allerdings eine wenig genutzte Möglichkeit, statt dieses einen Spektrums auch die drei oder mehr Subspektren aufzurufen, die ursprünglich gemacht worden waren, um daraus das endgültige Spektrum zu erzeugen. Und genau dies taten die beiden Astronomen. Nach einem Jahr und einigen aufwendigen Berechnungen hatten sie so eine Liste von mehr als 4.000 Weißen Zwergsternen, die alle über mindestens zwei qualitativ hochwertige Subspektren verfügten.

"Wir fanden 15 Systeme aus zwei Weißen Zwergen in der lokalen Umgebung und führten dann Computersimulationen durch, um die Rate zu ermitteln, mit der solchen Doppel-Weißen-Zwerge verschmelzen", so Badenes. "Dann verglichen wir die Anzahl der verschmelzenden Weißen Zwerge hier mit der Nummer von Supernova-Explosionen vom Typ Ia, die man in entfernten Galaxien beobachtet, die der Milchstraße ähnlich sind."

Die Astronomen errechneten, dass in der Milchstraße etwa alle 100 Jahre ein Weißes-Zwerg-Paar verschmelzen muss. "Diese Zahl ist der Supernova-Ia-Rate in Milchstraßen-ähnlichen Galaxien erstaunlich ähnlich", so Badenes. "Das deutet darauf hin, dass die Verschmelzung von Weißen Zwergen tatsächlich eine plausible Erklärung für die Entstehung von Supernovae vom Typ Ia sein kann."

Das Resultat der Studie, die in den Astrophysical Journal Letters erscheinen wird, freut auch einen Kollegen von Badenes, der an der Erstellung des SDSS beteiligt war: "Vor 20 Jahren haben wir entschieden, für jedes Spektrum drei Subspektren zu machen", erinnert sich Robert Lupton von der Princeton University. "Wir haben das damals aus rein praktischen Gründen getan und hatten keine Ahnung, dass dies einmal dabei behilflich sein würde, einen wichtigen Beitrag zur Erforschung von Supernovae vom Typ Ia zu leisten."

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