Kleine Ursache - Große Wirkung?

Kleine Ursache – Große Wirkung?

Astronomen rätseln über eine im Februar 2008 entdeckte riesige Explosion eines stellaren Leichtgewichts.

Im Februar 2008 entdeckte der Amateurastronom Ron Arbour in der 17 Millionen Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie NGC 6946 eine Supernova des Typs IIn. Mehrere derartige Explosionen sehr massereicher Sterne werden angesichts der Vielzahl an Galaxien, die heutzutage untersucht werden, im Jahr gefunden. Überraschenderweise scheint jedoch in diesem Fall eher ein stellares »Leichtgewicht« Ursache der Explosion zu sein. Diese Entdeckung gelang auf Basis von Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop SPITZER und dem Large Binocular Telescope (LBT) auf dem Mount Graham in Arizona unter Beteiligung deutscher Astronomen.

Supernovae gehören zu den spektakulärsten Erscheinungen im Universum. Kurzzeitig kann die Helligkeit eines explodierenden Sternes die Leuchtkraft seiner gesamten Galaxie erreichen. Deshalb sind solche Ereignisse relativ leicht auch in fernen Milchstraßensystemen beobachtbar. Wird eine Supernova entdeckt, versuchen Astronomen üblicherweise den Vorgängerstern auf früheren Teleskopaufnahmen zu finden, um mehr über den Stern zu erfahren. Zur Überraschung der Astronomen gelang es im Falle von NGC 6946 nicht, den Vorgängerstern auf tiefen optischen Aufnahmen des Large Binocular Telescope (LBT) zu identifizieren. Immerhin ist das LBT, an dessen Bau und Nutzung unter Koordination des Max-Planck-Instituts für Astronomie fünf deutsche Institute beteiligt sind, mit seinen zwei 8.4-Meter-Spiegeln das größte Einzelteleskop der Welt. Lediglich auf Infrarotaufnahmen des Weltraumteleskops SPITZER bei Wellenlängen von 4.5, 5.8 and 8.0 Mikrometern gab sich der Stern zu erkennen. Darüber hinaus scheint er mit 10 Sonnenmassen sehr massearm zu sein – verglichen mit Sternen, die normalerweise Ursache einer solchen Supernova-Explosion sind.

Abb.: Infrarotbild der Galaxie NGC 6946, aufgenommen mit dem Weltraumteleskop SPITZER. Das weiße Kreuz in dem Bildausschnitt dieser drei Jahre alten Aufnahme markiert den vermuteten Vorläuferstern der Supernova-Explosion. (Bild: NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (University of Arizona/Institute of Astronomy, University of Cambridge) und das SINGS-Team)

Explosionen massereicher Sterne
Während seiner ruhigen Lebensphase fusioniert ein Stern in seinem Zentrum Wasserstoff zu Helium. Die dabei erzeugte Energie wirkt der Schwerkraft entgegen und verhindert, dass der Stern in sich zusammenstürzt. Geht der Wasserstoffvorrat zur Neige, gewinnt die Schwerkraft und der Stern schrumpft. Dabei steigen Dichte, Druck und Temperatur im Kern an und die Kernfusion zu schwereren Elementen setzt ein. Dieser Prozess wiederholt sich immer wieder, bis am Ende Eisen im Kern entstanden ist. Bis zu diesem Punkt erzeugt jede Fusion Energie und verhindert den sofortigen Kollaps des Kerns. Um Eisen zu schwereren Elementen zu fusionieren, müsste nun aber Energie aufgewendet werden und so kollabiert der Stern vollends unter der eigenen Schwerkraft mit bis zu 70.000 km pro Sekunde. Protonen und Elektronen verschmelzen zu Neutronen und eine riesige Schockwelle dabei entstehender Neutrinos läuft nach außen und bewirkt, dass die äußeren Schichten des Sterns in den Raum getrieben werden. Die leuchtende Fläche nimmt dramatisch zu und mit ihr die Helligkeit – dies ist die Supernova-Explosion, die man beobachtet.

Supernova 2008S
Auch bei der Supernova in NGC 6946 mit der Bezeichnung SN 2008S nahmen die Astrophysiker zunächst an, dass es sich um die Explosion eine massereichen Sterns handelt. Anhand der SPITZER-Aufnahmen liegt jedoch der Schluss nahe, dass der Stern „nur“ 10 Sonnenmassen besitzt. Dies ergibt sich aus der Messung der Stärke der Infrarot-Leuchtkraft. Dass man den Stern nicht auf den optischen Aufnahmen des LBT erkennt, weist darauf hin, dass der Stern von warmem Staub umgeben war. Durch diesen Staub wird das Licht der Sterne von optischen Wellenlängen bis hin zum ultravioletten Bereich stark abgeschwächt. Der Staub emittiert jedoch das absorbierte Licht wieder im infraroten Spektralbereich, wodurch er auf den SPITZER-Bildern erkennbar ist.

Die Beobachtungen der Sternexplosion deuten auf eine Supernova des Typs IIn hin. Solche Sternexplosionen zeigen in ihrem Spektrum einen signifikanten Anteil an Wasserstoff. Er strömte in Form eines Windes vom Stern ab und bildet eine dichte Wolke, die den Stern vor der Explosion umgibt. Supernovae vom Typ IIn sind eine Untergruppe der Kernkollaps-Supernovae. Jedoch scheint die Masse des Vorgängersterns für dieses Szenario sehr gering zu sein.

Alternativ wäre daher denkbar, dass es sich nicht um eine „echte“ Supernova handelt, sondern um den extrem starken Ausbruch eines leuchtkräftigen blauen Veränderlichen Sterns. Solche Sterne können am Ende Ihres Lebens eine große Menge an Material in den Raum abstoßen – in der Regel verbunden mit einem enormen Helligkeitsausbruch, der als Supernova fehlinterpretiert werden könnte.

Solche Sterne sind sehr selten, aber auch in unserem Milchstraßensystem bekannt. Der Stern Eta Carinae ist das wohl prominenteste Beispiel.

Welche Erklärung auch zutreffen mag: SN 2008S bleibt ein außergewöhnlicher Fall, denn auch die leuchtkräftigen blauen Veränderlichen werden normalerweise mit Sternen von mehr als 30 Sonnenmassen in Verbindung gebracht, und nicht mit einem Stern von 10 Sonnenmassen. Weitere Untersuchungen sollen zeigen, was in NGC 6946 wirklich geschah.

Quelle: MPIA

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Discovery of the Dust-Enshrouded Progenitor of SN 2008S with Spitzer, José L. Prieto, Matthew D. Kistler, Todd A. Thompson, Hasan Yüksel, Christopher S. Kochanek, Krzysztof Z. Stanek, John F. Beacom, Paul Martini, Anna Pasquali und Jill Bechtold, The Astrophysical Journal Letters 681:1, L9–L12 (2008).
  http://dx.doi.org/10.1086/589922
• Weltraumteleskop SPITZER:
  http://www.spitzer.caltech.edu
• Large Binocular Telescope (LBT)
  http://medusa.as.arizona.edu/lbto/
  http://www.mpia.de/LBT/
• Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA):
  http://www.mpia.de