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Cassiopeia A : Das Echo einer Sternexplosion

  • -Aktualisiert am

Die Akte „Cassiopeia A”: Der Tod eines Sterns Bild: ASSOCIATED PRESS

Vor 325 Jahren wurde die Explosion eines 11.000 Lichtjahre entfernten Sterns beobachtet. Vielleicht hat John Flamsteed, der erste „Royal Astronomer“ Englands, diese Supernova damals als Stern klassifiziert. Doch erst jetzt fügen sich die letzten Puzzlesteine zu einem Bild der kosmischen Katastrophe zusammen.

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          Der Forschungsalltag der Astronomen erinnert gelegentlich an die Arbeit von Kriminalisten, die eine unbeobachtet gebliebene Straftat aus möglichst vielen sichergestellten Spuren rekonstruieren müssen, um gegebenenfalls auch den Täter nachträglich identifizieren zu können. In einem besonders spektakulären Astrokriminalfall ist einer Gruppe von Wissenschaftlern jetzt allerdings „Kommissar Zufall“ zu Hilfe gekommen. Die Akte trägt den Namen „Cassiopeia A“ und enthält alle nur erdenklichen Daten, die bislang über den Tod eines Sterns im Sternbild Kassiopeia am nördlichen Himmel zusammengetragen wurden.

          Den Anfang machten radioastronomische Beobachtungen, mit denen in den späten vierziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts die Explosionswolke als hellste Quelle in dieser Region entdeckt wurde. Später kamen röntgenastronomische Daten hinzu, die seit den achtziger Jahren mit Hilfe von Satelliten gewonnen wurden, und Messergebnisse des Hubble-Weltraumteleskops im Ultraviolett- und Infrarotbereich. Alle Befunde stützen die Vermutung, dass man den mit der Supernova einhergehenden Helligkeitsausbruch des Sterns um das Jahr 1680 hätte leicht beobachten können, wäre er nicht durch vorgelagerte Gas- und Staubwolken so stark abgeschwächt worden, dass er für Beobachter mit bloßem Auge wahrscheinlich nicht zu erkennen war.

          Flamsteed sieht einen Stern

          Tatsächlich gibt es Hinweise, dass John Flamsteed, der erste britische „Königliche Astronom“, im August 1680 an der entsprechenden Stelle am Himmel einen Stern sechster Größenklasse - also einen Stern, der gerade so noch mit bloßem Auge sichtbar ist - beobachtet und vermessen hatte. Da dieser Stern später allerdings nicht mehr wieder gefunden wurde, könnte Flamsteed entweder die Supernova aufgezeichnet oder aber einen bloßen Messfehler dokumentiert haben. Allerdings verfügte er ohnehin nicht über die Instrumente und Möglichkeiten der modernen Astrophysik, dank derer man aus der Analyse eines Sternspektrums die physikalischen Verhältnisse am Ort der Strahlungsemission rekonstruieren kann. Die Verfahren ermöglichen unter anderem auch Rückschlüsse auf den sogenannten Vorläufer-Stern, dessen Entwicklung mit einer Supernova-Explosion ein jähes Ende nimmt.

          Mehr als 325 Jahre nach dem mutmaßlichen Eintreffen des Lichtblitzes auf der Erde haben Heidelberger Astronomen zusammen mit Kollegen aus Japan und den Vereinigten Staaten im vergangenen Herbst doch noch ein Spektrum dieser Supernova aufzeichnen können. Wie sie in der Zeitschrift „Science“ (Bd. 320, S. 1195) berichten, registrierten sie zunächst mit dem Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer mehrere sogenannte Lichtechos des Supernova-Ausbruchs. Solche Signale entstehen, wenn der ursprüngliche Lichtblitz des Ereignisses viele Jahre später auf dichte Gas- und Staubwolken trifft und dort reflektiert wird. Da diese Strahlung auf Umwegen zu uns gelangt, trifft sie gegenüber dem ursprünglichen Lichtblitz der Supernova mit zum Teil erheblicher Verspätung ein.

          Ende eines roten Überriesen

          Mit dem japanischen 8-Meter-Subaru-Teleskop auf Hawaii konnten die Forscher auch das Spektrum eines der Lichtechos im Bereich des sichtbaren Lichtes aufzeichnen und mit den Spektren anderer Supernova-Explosionen vergleichen. Dabei zeigte sich, dass der Vorläufer-Stern, dessen Leben mit der Supernova zu Ende ging, offenbar ein gealterter, roter Überriese gewesen war - ein Stern, der einen Großteil seiner Wasserstoffhülle bereits verloren hatte. Zwar dominieren die Emissionslinien des Wasserstoffs der schon ausgedünnten Hülle das Spektrum, es schimmert aber bereits der zentrale Heliumkern des Sterns durch, der einige schwächere Heliumlinien zum Spektrum beisteuert.

          Die Astronomen ordnen die Explosion von Cassiopeia A daher der vergleichsweise selten registrierten Supernovaklasse IIb zu. Dahinter verbirgt sich das durch einen Kollaps des Sternkerns herbeiführte Ende eines Sterns, der am Anfang seiner Entwicklung zwischen dreizehn und zwanzig Sonnenmassen in sich vereint haben dürfte.

          Hinweise auf einen Partnerstern?

          Für diese Deutung spricht nicht nur die verblüffende Ähnlichkeit des Spektrums des Lichtechos mit demjenigen der Supernova 1993J in der etwa zwölf Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M 81, die unter Astronomen als Musterbeispiel für eine Supernova vom Typ IIb gehandelt wird. Auch das Tempo des beobachteten Helligkeitsabfalls entspricht den Erwartungen. Da die Helligkeitsentwicklung einer Supernova - ihre Lichtkurve - entscheidend von den radioaktiven Elementen abhängt, die während der Explosion erbrütet werden, lässt die Übereinstimmung von Spektrum und Lichtkurve kaum Zweifel an einem auch recht ähnlichen Ablauf der Explosion zu - und damit auch an zwei einander recht ähnlichen Vorläufersternen.

          Und doch bleibt ein Aspekt der rekonstruierten Sternexplosion in der Kassiopeia rätselhaft: Der Vorläuferstern der Supernova 1993J hatte nachweislich einen Begleiter, der einen Großteil der äußeren Wasserstoffhülle des roten Überriesensterns gleichsam abgeschöpft hatte, bevor dieser explodierte. Ein derartiges Doppelsternszenario auch bei der Supernova von 1680 würde zwar etliche Besonderheiten innerhalb der expandierenden Gaswolke (des sogenannten Supernova-Überrestes) erklären, bislang fehlt aber jeder Hinweis auf einen solchen übrig gebliebenen Sternpartner.

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