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Wie es zur Explosion von Sternen kommt
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
astronews.com
7. Dezember 2015
Was läuft genau ab, wenn massereiche Sterne am Ende ihres
Lebens als Supernova oder gar als Hypernova explodieren und wie können diese
Ereignisse manchmal für die Entstehung von intensiven Blitzen im
Gammastrahlenbereich sorgen? Astronomen vermuten, dass starke Magnetfelder dabei
eine wesentliche Rolle spielen. Neue Simulationen zeigen nun, wie diese
entstehen.
Falschfarbenbild, das zu Beginn der
Simulation zeigt, in welchen Bereichen das
Magnetfeld verstärkt wird. Dargestellt ist ein
Schnitt durch den Äquator. Gelb und rot
bezeichnen Bereiche, in denen das Magnetfeld
nicht verstärkt wird, in blauen Bereichen wird
das Magnetfeld verstärkt. In der Mitte ist der
Proto-Neutronenstern erkennbar, in dessen Inneren
das Magnetfeld nicht verstärkt wird.
Bild:
Philipp Mösta / Caltech / UCB [Großansicht] |
Enorme Energiemengen werden freigesetzt, wenn ein massereicher Stern, um ein
Vielfaches so massereich wie unsere Sonne, in sich zusammenstürzt. Einige Sterne
explodieren dann in einer Hypernova – zehnmal so stark wie eine normale
Supernova – oder erzeugen einen hochenergetischen Gammablitz, einen sogenannten
Gamma-ray Burst.
Wie das dafür nötige extrem starke Magnetfeld entsteht, war bislang rätselhaft.
Einem Forscherteam in den USA gelang jetzt in Zusammenarbeit mit dem
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam eine aufwendige
dreidimensionale Computersimulation, die erstmals Licht in den Zusammenhang
zwischen Hypernova, Supernova und Gammablitzen bringt.
Die Forschungsarbeit wurde von Dr. Philipp Mösta, damals am California
Institute of Technology (Caltech), jetzt an der University of
California in Berkeley und Prof. Christian Ott vom Caltech
geleitet, dessen Team den Zusammensturz eines Sterns von sechs Sonnenmassen
simulierte. Dabei entsteht zunächst im Innern ein nur wenige Kilometer großer
Proto-Neutronenstern auf den weiter Sternenmaterie einstürzt.
Der kollabierende Stern dreht sich an der Oberfläche schneller als in seinem
Innern, wodurch benachbarte Plasmaschichten aneinander reiben und in Turbulenz
versetzt werden. Durch diese "Magnetorotationsinstabilität" wird das vorhandene
Magnetfeld enorm verstärkt. Ein solcher Mechanismus wurde bereits vermutet,
konnte jedoch erst durch die jetzt veröffentlichten Computersimulationen
nachvollzogen werden.
Dr. Roland Haas, Wissenschaftler in der Abteilung "Astrophysikalische und
Kosmologische Relativitätstheorie" am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
hat den Computercode für die Simulation mitentwickelt und den
Visualisierungscode optimiert: "Nicht nur die Energiemengen explodierender
Sterne sind riesig, die Datenmengen, die man braucht, um den komplexen Vorgang
zu beschreiben, sind es ebenfalls," erläutert Haas.
Die Simulationsdaten werden dann durch eine Visualisierungssoftware in Bilder
übersetzt um die Magnetfeldstruktur untersuchen und verstehen zu können. "Damit
das Visualisierungsprogramm die Terabyte von Daten überhaupt bewältigen konnte,
habe ich es um den Faktor 60 beschleunigt" sagt Haas.
Die Simulation zeigt, dass das Magnetfeld des Proto-Neutronensterns in Regionen
von nur einem Kilometer Größe verstärkt wird. Anfangs sind die Magnetschleifen
zufällig orientiert und nicht zueinander ausgerichtet. Den Forschern gelang es
damit zum ersten Mal überhaupt, Vorgänge bei Sternexplosionen mit so hoher
Auflösung zu simulieren.
Obwohl die gesamte Berechnung ein Gebiet von über hundert Kilometern umfasst,
wird das nur ein Kilometer große Magnetfeld genau dargestellt. So wird der
Verstärkungsmechanismus der Magnetorotationsinstabilität tatsächlich sichtbar.
Anschließend beginnt ein sogenannter Dynamo-Prozess, der das Magnetfeld
senkrecht zur Rotationsachse großflächig anordnet.
Dieses großräumige Magnetfeld
schleudert das von allen Seiten hineinstürzende Sternenmaterial entlang der
Rotationsachse nach außen. Auf diese Weise kann der kollabierte Sternenkern
extrem energiereiche Explosionen, wie Hypernovae und Gammablitze auslösen.
Über die Resultate ihrer Simulationen berichteten die Wissenschaftler in der
vergangenen Woche in der Zeitschrift Nature.
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