Sternexplosion im Kokon

Wenn Sterne am Ende ihrer Existenz explodieren, steigt ihre Helligkeit für gewöhnlich im Verlauf mehrerer Wochen an und fällt dann über mehrere Monate hinweg langsam wieder ab. Jahr­zehnte­lang haben Astronomen sich daher bei ihrer Suche nach Stern­explosionen darauf beschränkt, die Helligkeit von Sternen alle paar Wochen zu kontrollieren. Erst in jüngster Zeit haben andere Such­programme mit kürzeren Zeit­abständen, deren Zweck zumeist die Entdeckung von Planeten bei anderen Sternen ist, zur Entdeckung von Super­novae geführt, die sehr viel schneller ablaufen.

Armin Rest vom Space Telescope Science Institute in den USA und sein internationales Forscherteam berichten jetzt vom bislang extremsten Beispiel eines solchen „sich schnell entwickelnden, leuchtenden, vorüber­gehenden Ereignisses“ (fast-evolving luminous transient, kurz FELT): Bei der Supernova KSN 2015K erreichte die Helligkeit bereits innerhalb von nur 2,2 Tagen ihr Maximum. Und nach 6,8 Tagen war sie anschließend auf die Hälfte des Maximal­werts abgefallen, nach 25 Tagen war sie für die Instrumente des Kepler-Teleskops wieder völlig verschwunden.

Rest und seine Kollegen waren in den Daten der K2-Mission des Weltraum­teleskops Kepler auf die rasante Supernova gestoßen. Keplers Haupt­aufgabe ist die Entdeckung extra­solarer Planeten. Dazu hatte das Instrument von 2009 bis 2013 die Helligkeit von etwa 150.000 Sternen überwacht. Ziehen Planeten von der Erde aus gesehen regel­mäßig vor ihrem Stern vorüber, so verringern sie dessen Helligkeit bei diesen Transits gering­fügig – und verraten so ihre Anwesenheit. Nach dem Ausfall von zwei der vier Gyroskope ließ sich schließlich die Lage des Teleskops nicht mehr ausreichend für diese Messungen stabilisieren. Trotzdem waren, wenn auch eingeschränkt, im Rahmen der K2-Mission immer noch Helligkeits­messungen möglich.

Quasi als Abfallprodukt lieferte Kepler auch Daten über alle Arten von veränderlichen Sternen und Supernovae. So eben auch über KSN 2015K, die 2015 in einer etwa 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie aufleuchtete. Das Weltraum­teleskop hatte die Helligkeit der Supernovae über den gesamten Verlauf der Licht­kurve alle 30 Minuten gemessen. Dieses dichte Sampling ermöglicht es Rest und seinen Kollegen erstmals, den Verlauf der Licht­kurve eines FELTs mit unterschiedlichen theoretischen Modellen zu vergleichen. Während beispiels­weise bei normalen Super­novae des Typs Ia der radio­aktive Zerfall von bei der Stern­explosion erzeugten Elementen für die enorme Helligkeit sorgt, ist der schnelle Abfall der Licht­kurve von KSN 2015K mit einem solchen Szenario nicht in Einklang zu bringen.

Lediglich ein Modell passe zu den Beobachtungs­daten, so die Forscher. Danach war der Stern vor seiner Explosion in einen dichten Kokon aus Gas eingehüllt. Die eigentliche Stern­explosion verlief innerhalb dieser undurch­sichtigen Hülle und blieb dadurch unbeobacht­bar. Erst als die bei der Explosion ausgestoßene Stern­materie auf die umgebende Gas­hülle stieß und dort eine überschall­schnelle Stoß­welle erzeugte, die schließlich den Kokon durchbrach, leuchtete das Objekt von außen sichtbar auf. Die Größe des Kokons sorgte dafür, dass sich die Energie schnell verteilen konnte und die Helligkeit dadurch rasch wieder abfiel.

Es bleibt natürlich die Frage nach dem Ursprung des Gas-Kokons. Hat der Stern dieses Gas kurz zuvor ausgestoßen? Oder hat die Wechsel­wirkung mit einem zweiten Stern den Kokon produziert? Darauf wissen Rest und seine Kollegen noch keine Antwort. Weitere Beobachtungen der ungewöhnlich schnellen Super­novae sind also nötig, um die Vor­geschichte dieser explodierenden Sterne zu ergründen.

Rainer Kayser

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