Schockwellen einer Supernova

Eine Supernova entsteht, wenn einem Stern der Treibstoff ausgeht und er beim Sterben eine gewaltige Explosion erzeugt, die Schockwellen im umgebenden inter­stellaren Medium verursacht. Diese Schock­wellen, die als Supernova-Überreste bekannt sind, legen über Tausende von Jahren riesige Entfernungen zurück. Wenn sie nahe genug an der Erde vorbeiziehen, können Astronomen sie untersuchen. Bisherige Modelle sagen voraus, dass sich diese Überreste kugel­symmetrisch bewegen sollten, da die Energie während der Explosion in alle Richtungen des Alls geschleudert wird. Teleskop­aufnahmen zeigen jedoch, dass diese Erwartung nicht erfüllt wird. Zum Beispiel ist der Supernova-Überrest G296.5+10.0 nur entlang seiner vertikalen Achse symmetrisch ausgebildet. Forscher haben viele Hypothesen aufgestellt, um diese Beobachtungen zu erklären, doch bis jetzt erwies es sich stets als zu schwierig, sie zu testen.

Paul Mabey von der École Polytechnique und seine inter­nationalen Mitstreiter von der Universität Oxford, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und dem Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien (CEA) reproduzierten dieses astrophysikalische Phänomen in viel kleinerem Maßstab im Labor, um das Rätsel aufzuklären. Dazu bediente sich das Team der gepulsten Hochleistungs­laser des Intense Lasers Lab (LULI) auf dem Campus der École Polytechnique. Die Wissenschaftler verwendeten zum Test verschiedener Hypo­thesen ein starkes Magnetfeld, rund zweihundert­tausend Mal stärker als das von der Erde generierte. Sie fanden heraus, dass sich die Schockwelle beim Anlegen dieses Feldes bevorzugt in nur einer Richtung ausdehnte. Die Ergebnisse unterstützen die Idee, dass ein großes Magnetfeld um G296.5+10.0 herum vorhanden und für seine aktuelle Form verantwortlich ist.

Die extremen Magnetfelder, die eine Stärke von 10 Tesla erreichen, stammen von einer Helmholtz-Spule, die Wissen­schaftler vom Hochfeld-Magnet­labor Dresden und dem Institut für Strahlen­physik des HZDR gemeinsam entwickelt und gebaut haben und die nahezu homogene Magnetfelder erzeugt. Die Spule wurde von einem Hochspannungs-Impuls­generator gespeist, der ebenfalls am Dresdner Forschungs­zentrum entwickelt wurde und jetzt dauerhaft am LULI steht. Es ist vor allem die techno­logische Entwicklung dieser einzigartigen Instrumente, die derart extreme Bedingungen ermöglicht, wie sie sonst nur in den Weiten des Universums zu finden sind: Sie versetzt die Forscher in die Lage, Phänomene wie Supernova-Explosionen oder neuartige Anwendungen in der Labor­astrophysik zu untersuchen.

Die Astrophysiker hoffen nun, gegen­wärtige und zukünftige Beobachtungen von Supernova-Überresten nutzen zu können, um Stärke und Richtung von Magnet­feldern im gesamten Universum zu bestimmen. Darüber hinaus hat das Team bereits mit der Planung zukünftiger Experi­mente am LULI begonnen, um diese Systeme im Labor genauer zu untersuchen.
 

HZDR / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  P. Mabey et al.: Laboratory Study of Bilateral Supernova Remnants and Continuous MHD Shocks, Astrophys. J. 896, 167 (2020); DOI: 10.3847/1538-4357/ab92a4
• LULI–CNRS, Sorbonne Universités, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris
• Institut für Strahlenphysik, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR, Dresden