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ALMA
Hinweise auf Neutronenstern in Supernova 1987A
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik 
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31. Juli 2020

Astronominnen und Astronomen sind einem 33 Jahre alten Rätsel um die Supernova 1987A auf der Spur: Was blieb von dem Stern übrig, dessen Explosion im Jahr 1987 zu verfolgen war? Beobachtungen mit dem Radioteleskopverbund ALMA und eine neue theoretische Studie haben jetzt konkrete Hinweise dafür ergeben, dass sich in dem Überrest ein Neutronenstern verbirgt.

SN 1987A

Extrem hochauflösende ALMA-Bilder zeigen einen heißen "Klecks" im staubigen Kern der Supernova 1987A (Ausschnitt), der der Ort des vermissten Neutronensterns sein könnte. Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), P. Cigan und R. Indebetouw; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/ESA [Großansicht]

Seit die Astronomie Zeuge der Supernova 1987A (SN 1987A) am Nachthimmel wurde - einer der hellsten jemals beobachteten Explosionen eines Sterns -, ist sie auf der Suche nach dem kompakten Objekt, das sich in den Überresten der Explosion gebildet haben sollte. Da am Tag, als die Explosion erstmals gesichtet wurde, am 23. Februar 1987, auf der Erde auch Neutrinos registriert wurden, erwartete man, dass sich im kollabierten Zentrum des Sterns ein Neutronenstern gebildet hatte. Als sich jedoch keine Beweise für ein solches Objekt finden ließen, kam die Frage auf, ob stattdessen ein Schwarzes Loch entstanden ist. Jahrzehntelang haben die Wissenschaftler begierig auf ein Signal von der exotischen Sternleiche gewartet, die sich hinter einer sehr dichten Staubwolke versteckt.

Kürzlich lieferten Beobachtungen des Radioteleskopverbunds Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) den ersten Hinweis auf den fehlenden Neutronenstern. Extrem hochauflösende Bilder zeigen einen heißen "Klecks" im staubigen Kern von SN 1987A, der heller als seine Umgebung ist und sich an dem vermuteten Ort des Neutronensterns befindet. "Wir waren sehr überrascht, diesen warmen 'Klecks' zu sehen, der aus einer dicken Staubwolke im Supernova-Überrest entstanden ist", sagte Mikako Matsuura von der Universität Cardiff und ein Mitglied des Teams, das die ALMA-Daten analysierte. "Es muss etwas in der Wolke geben, das den Staub aufheizt und ihn zum Leuchten bringt. Deshalb schlugen wir vor, dass sich in der Staubwolke ein Neutronenstern verbirgt."

Obwohl Matsuura und ihr Team von diesem Ergebnis begeistert waren, wunderten sie sich über die Helligkeit des Kleckses. "Wir dachten, dass die Helligkeit zu hoch für einen Neutronenstern sein könnte, aber dann veröffentlichten Dany Page und sein Team eine Studie, die darauf hinwies, dass der Neutronenstern tatsächlich so hell sein kann, weil er so sehr jung und noch sehr heiß ist", erläutert Matsuura.

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Dany Page ist Astrophysiker an der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko, der sich von Anfang an mit SN 1987A beschäftigt hat. Die theoretische Studie von Page und seinem Team unterstützt nachdrücklich den Vorschlag des ALMA-Teams, dass ein Neutronenstern das dichte Staubwölkchen zum Leuchten bringt. "Trotz der enormen Komplexität einer Supernova-Explosion und der extremen Bedingungen, die im Inneren eines Neutronensterns herrschen, ist der Nachweis eines warmen Staubwölkchens eine Bestätigung mehrerer Vorhersagen", so Page.

Diese Vorhersagen betreffen den Ort und die Temperatur des Neutronensterns. Laut Computermodellen von Supernovae hat die Explosion den Neutronenstern mit einer Geschwindigkeit von mehreren Hundert Kilometern pro Sekunde (zehnmal schneller als die schnellste Rakete) von seinem Geburtsort "weggeschleudert". Der Klecks befindet sich genau an der Stelle, an der der Neutronenstern nach Ansicht der Astronomen heute sein müsste. Und die Temperatur des Neutronensterns, die auf etwa 5 Millionen Grad Celsius vorhergesagt wurde, liefert genügend Energie, um die Helligkeit des Kleckses zu erklären.

"Wir erwarten, dass ein Großteil des Eisens, das bei der Explosion von SN 1987A entstanden ist, entgegengesetzt zur Neutronensternbewegung ausgeschleudert wurde", erklärt Teammitglied Hans-Thomas Janka vom Max-Planck-Institut für Astrophysik. "Durch den Vergleich der beobachteten Eisenverteilung mit 3D-Computermodellen haben wir vorausgesagt, dass der Neutronenstern nördlich des Explosionszentrums liegen sollte, in Übereinstimmung mit dem Ort, an dem das heiße Wölkchen nun entdeckt wurde."

Ein solcher Neutronenstern ist ein 25 Kilometer großer, extrem heißer Ball aus ultra-dichter Materie. Ein Teelöffel seiner Materie wiegt mehr als alle Gebäude von New York City zusammen. Da er nur 33 Jahre alt ist, wäre er der jüngste Neutronenstern, der je in unserer Milchstraße und ihrer nahen kosmischen Nachbarschaft gefunden wurde. Der zweitjüngste Neutronenstern, den wir kennen, befindet sich im Supernovaüberrest Cassiopeia A in einer Entfernung von 11.000 Lichtjahren und ist rund 330 Jahre alt.

Der Neutronenstern in SN 1987A ist 15-mal weiter entfernt in der Großen Magellanschen Wolke, einer kleinen Zwerggalaxie nahe der Milchstraße. Nur ein direktes Bild des Neutronensterns würde einen endgültigen Beweis für seine Existenz liefern. Aber dafür müssen die Astronomen möglicherweise noch einige Jahrzehnte warten, bis der Staub und das Gas im Supernova-Überrest durchsichtiger geworden sind.

Über die Ergebnisse berichteten die beiden Teams in zwei Fachartikeln in der Zeitschrift The Astrophysical Journal.

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Hinweise auf Neutronenstern in Supernova 1987A. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Hubble: Wiedersehen mit Supernova 1987A - 27. Februar 2017
Hubble: Neues von der Supernova 1987A - 20. Juni 2011
Hubble: Die Stoßwelle von Supernova 1987A - 3. September 2010
VLT: Supernova 1987A in drei Dimensionen - 4. August 2010
Chandra: Supernova beleuchtet eigene Vergangenheit - 22. August 2005
Chandra: Die Geburt eines Supernova-Überrestes - 12. Mai 2000
Hubble: Das Schauspiel beginnt - 17. Februar 2000
Links im WWW
Preprint des Fachartikel zur Beobachtung von SN 1987A mit ALMA bei arXiv.org
Preprint des Fachartikel zum Neutronenstern in SN 1987A bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Astrophysik
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