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Astronomie Explosive Vorgeschichte einer Supernova

Wie entstehen Supernovae vom Typ Ia? Diese Frage beschäftigt Astronomen seit langem. Nun haben sie gezeigt, dass offenkundig leichte Explosionen das Sternensystem erschüttern, bevor es in einer gewaltigen Detonation endgültig erlischt.

© Romano Corradi, Instituto de Astrofísica de Canarias Vorgeschichte der Supernova PTF 11kx in einer künstlerische Darstellung. Der Roter Riese (rechts) verliert Materie an den Weißen Zwerg.

Supernova-Explosionen sind seit jeher für Überraschungen gut. Was unsere Altvorderen noch als scheinbar neue Sterne am Himmel ansahen, entpuppte sich mit fortschreitendem Verständnis zunächst als das genaue Gegenteil, nämlich als Anfang vom Ende eines massereichen Sterns. Später lernten die Wissenschaftler, dass mehrere Arten von Supernovae existieren, die grundverschiedene Ursachen haben. So können auch weniger massereiche, bereits ausgebrannte Sterne, sogenannte Weiße Zwerge, in Doppelsternsystemen als Supernova explodieren. Zuletzt zeigte sich, dass diese Variante - von den Astronomen als Typ Ia bezeichnet - über unterschiedliche Entwicklungswege erreicht werden kann: Durch Materietransfer von dem noch intakten Stern zum Weißen Zwerg oder aber durch das Verschmelzen von zwei Weißen Zwergen.

Durchlebte Explosionen

Die jüngste Überraschung hat nun eine internationale Forschergruppe zutage gefördert. Wie Ben Dilday von der University of California in Santa Barbara und seine Kollegen in der Zeitschrift „Science“ berichten (Bd. 337, S. 942), konnten sie zumindest in einem Fall einer Ia-Supernova zeigen, dass das betroffene Doppelsternsystem zuvor schon kleinere Explosionen - sogenannte rekurrierende Nova-Ereignisse - durchlebt haben muss.

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Das jedoch, galt bislang als eher unwahrscheinlich. Supernovae vom Typ Ia sind nach allgemeinem Verständnis der Astronomen unumgänglich, wenn die Masse eines ausgebrannten Weißen Zwerges die „Chandrasekhar-Grenze“ von etwa 1,4 Sonnenmassen überschreitet. Normalerweise stehen Weiße Zwerge am Ende der Entwicklung eines sonnenähnlichen Sterns: Wenn ein solcher Stern den größten Teil seines Kernbrennstoffs im Innern verbraucht hat, bläht er sich zunächst zu einem Roten Riesen auf und verliert dabei schließlich die Kontrolle über seine äußeren Schichten. Diese können dadurch abströmen und lassen den nackten Sternkern als Weißen Zwerg zurück.

Weißer Zwerg mit turbulenter Zukunft

Ist dieser Weiße Zwerg Teil eines engen Doppelsternsystems, steht ihm allerdings noch eine abwechslungsreiche Zukunft bevor. Wenn nämlich im weiteren Verlauf auch der masseärmere Sternpartner zum Roten Riesen anschwillt, kann Materie - vornehmlich Wasserstoff - von diesem zum Weißen Zwerg hinüberströmen und sich dort zunächst ansammeln. Kommt im Laufe der Zeit genügend Materie zusammen, so steigt schließlich der Druck in der neuen Wasserstoffhülle so weit an, dass schließlich die eigentlich nur im Innern eines Sterns ablaufenden Fusionsreaktionen zünden und diese Hülle wie bei einer Verpuffung schlagartig aufblitzt.

Ein solches Ereignis kann aus der Ferne als Nova beobachtet werden. Wenn die jeweiligen Verhältnisse - der Abstand und die Masse des Sternpartners - es zulassen, hält der Materiezustrom auch weiterhin an, so dass sich solche Nova-Episoden wiederholen können. In diesem Fall sprechen die Astronomen von rekurrierenden Novae.

Widersprüchlicher Befund

Bislang hat man geglaubt, dass bei diesen kleineren Explosionen der größte Teil der zuvor aufgesammelten Materie abgesprengt wird. Das würde bedeuten, dass der Nettozuwachs an Masse für den Weißen Zwerg einer rekurrierenden Nova recht gering ist. Er hätte kaum eine Chance, irgendwann so viel Fremdmaterie anzuhäufen, um noch als Supernova zu enden. Genau diesen Vorgang haben die Forscher um Ben Dilday nun aber beobachtet.

Nova bring Materie in Schwung

In der Umgebung der Supernova PTF 11kx, die Anfang 2011 in einer rund 675 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie aufblitzte, fanden die Wissenschaftler expandierende Materiewolken, die aufgrund ihrer Geschwindigkeit weder als Explosionswolke der Supernova - da zu langsam -, noch als Sternwind des benachbarten Riesensterns - da zu schnell - erklärt werden konnten: Sie müssen vielmehr durch eine noch nicht allzu lange zurückliegende Nova-Explosion auf Tempo gebracht worden sein.

Kosmische Leuchtkerzen neu zu positionieren?

Eine solche Vergangenheit als rekurrierende Nova kann möglicherweise Auswirkungen auf die Helligkeitsentwicklung einer Supernova haben. Da Supernovae vom Typ Ia als wichtige Eichpunkte in der Entfernungsskala des Universums gelten, wird es zunehmend wichtiger, in jedem Einzelfall auch die jeweilige Vorgeschichte des Systems zu ergründen, ehe man die Messwerte für eine Entfernungsbestimmung nutzt.

Als Teil eines engen Doppelsternsystems steht dem Weißen Zwerg eine abwechslungsreiche Zukunft bevor.

Quelle: F.A.Z.

 
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Veröffentlicht: 06.09.2012, 14:00 Uhr