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Das Geheimnis der hellsten Sternexplosionen
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
astronews.com
16. Februar 2017
Schon normale Supernovae sind extrem helle Sternexplosionen,
doch geht es noch heller: Über die Natur dieser äußerst seltenen
superleuchtkräftigen Supernovae rätseln Wissenschaftler seit der Entdeckung des
Phänomens vor rund zehn Jahren. Neue Simulationen konnten nun Hinweise auf den
Ursprung der Sternexplosion liefern und zeigten eine Ähnlichkeit zu
Gammastrahlen-Ausbrüchen.
Eine superleuchtkräftige Supernova, entdeckt
im Rahmen des Palomar Transient Factory Project
im Jahr 2009.
Bild: Quimby et al., Nature 474, 487–489 (23
June 2011) [Gesamtansicht] |
Superleuchtende Supernovae sind eine neue und exotische Klasse von
Sternexplosionen, die bis zu 100-mal mehr Energie abstrahlen als normale
Supernovae. Obwohl sie so extrem hell sind, wurden sie erst vor etwa zehn Jahren
entdeckt, da sie bei großen Entfernungen auftreten und sehr selten sind. Unter
etwa 1000 Supernovae findet sich nur eine superleuchtende.
Der Ursprung der enormen Leuchtkraft und die Eigenschaften der
Vorläufersterne stellen die Wissenschaft vor ein Rätsel. Sie könnten durch
schnell rotierende und hoch magnetische Neutronensterne (sogenannte Magnetare)
angetrieben werden, durch ein neu entstandenes Schwarzes Loch, riesige Mengen an
Radioaktivität oder heftige Kollisionen mit dem dichten Material um den Stern.
Welche Art von Vorläufersternen stecken dahinter? Warum treten sie
ausschließlich in ungewöhnlichen Zwerggalaxien auf?
In einer neuen Studie unter der Leitung von Dr. Anders Jerkstrand,
Marie-Curie Fellow am Max-Planck-Institut für Astrophysik, werden einige
wichtige neue Fortschritte vorgestellt, die auf der Berechnung von
Modellspektren der Supernovae beruhen. "Etliche Monate oder sogar Jahre nachdem
eine Supernova explodiert ist, wenn das ausgeworfene Material sich ausdehnt und
abkühlt, zeigen die Spektren charakteristische Anzeichen der Elemente, die im
Innern des Stern erzeugt worden sind," erklärt Jerkstrand. "Wenn wir nun die
beobachteten mit den berechneten Modellspektren in dieser Phase vergleichen,
können wir einen Einblick in die inneren Schichten des Vorläufersterns erhalten,
was wiederum den Ursprung und die Natur dieser Explosionen stark einschränkt."
Die Interpretation der Spektren erfordert anspruchsvolle Modelle, wie die
Strahlung das expandierende Gas durchdringt, sowie die Einbeziehung der neuesten
Atomphysik in die detaillierten Modelle. Die Kombination aus hochmodernen neuen
Modellen, angewandt auf erstklassige Daten dieser Supernovae lange nach der
Explosion aus Beobachtungen mit Teleskopen der europäischen Südsternwarte, macht
diese Studie bislang einzigartig.
Die Studie zeigt zum ersten Mal ganz klar die chemische Zusammensetzung
dieser Explosionen. Die neuen Spektren weisen zudem eine starke Ähnlichkeiten
mit Gammastrahlen-Ausbrüchen aus. Es ist das erste Mal, dass diese Verbindung
hergestellt werden konnte. Man glaubt, dass Gammastrahlen-Ausbrüche bei der
Bildung eines Schwarzen Lochs entstehen oder auch durch die Entstehung eines
hochmagnetischen Neutronensterns.
Gammastrahlen-Ausbrüche sind ebenso selten wie superleuchtkräftige Supernovae
und treten ebenfalls bei unregelmäßigen Zwerggalaxien mit geringer Metallizität
auf. Einige von ihnen werden tatsächlich auch von einer Supernova begleitet;
bisher allerdings immer bei viel kleineren Helligkeiten und mit sehr viel
geringerer Dauer als die superleuchtkräftigen Supernovae.
Als zweites wichtiges Ergebnis zeigen die spektralen Synthesemodelle, dass
diese superleuchtkräftigen Supernovae sehr hohe Mengen an Sauerstoff enthalten -
mit die höchsten Sauerstoffmassen, die je für eine Supernova abgeleitet wurden.
Die Spektren zeigen sehr starke Emissionslinien, für die mehr als etwa zehn
Sonnenmassen Sauerstoff und eine Sonnenmasse Magnesium nötig sind. Die
Explosionen müssen daher von extrem massereichen Sternen ausgehen, mit
ursprünglich über 40 Sonnenmassen.
Sterne in diesem Massenbereich explodieren nicht durch den normalen
Supernova-Mechanismus, sondern benötigen exotische Mechanismen wie einen durch
magnetische Rotation angetriebenen Jet oder die Akkretion auf ein Schwarzes
Loch. Detaillierte multidimensionale Modelle, die den Zusammenbruch, die
Explosion und den späten Energieeintrag des massereichen stellaren Kerns
umfassen, werden derzeit von mehreren Gruppen auf der ganzen Welt entwickelt.
Über ihre Untersuchungen berichten die Forscher in einem Fachartikel in
der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal.
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