06.01.2010

Zwergentanz in die Katastrophe

Max-Planck-Astrophysiker simulieren, wie weiße Zwergsterne verschmelzen und dabei zur Supernova werden.

Max-Planck-Astrophysiker simulieren, wie weiße Zwergsterne verschmelzen und dabei zur Supernova werden.

Supernovae sind spektakuläre Erscheinungen: Plötzlich flammt irgendwo am Firmament ein "neuer Stern" auf und leuchtet so hell wie eine ganze Galaxie aus Milliarden einzelner Sterne. Hinter solchen kosmischen Katastrophen stecken unterschiedliche Mechanismen. Jetzt haben Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching mit Computersimulationen bewiesen, dass einige leuchtstarke Supernovae durch die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge zünden - kompakte, massereiche Sterne am Ende ihres Lebens. Da diese Supernovae zur Entfernungsbestimmung und zur Untersuchung der Expansion des Universums dienen, spielt die Frage nach den Abläufen bei diesen Explosionen eine zentrale Rolle.

Sterne mittlerer Masse wie unsere Sonne werden am Ende ihres Lebens zu weiß strahlenden Zwergsternen, die aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen. Der stellare Fusionsreaktor im Innern ist wegen Brennstoffmangels nicht mehr in Betrieb. Die Sterne sind nur noch so groß wie die Erde und besitzen eine hohe Dichte. Ein Teelöffel voll Materie würde auf unserem Planeten soviel wiegen wie ein Mittelklassewagen.

Abb. Momentaufnahmen der Verschmelzung von zwei weißen Zwergsternen gleicher Masse von 36 Sekunden vor der Explosion bis 10 Sekunden danach. Die Farben sind ein Maß für die Dichte der Materie, die von blau zu rot ansteigt. Die Diagramme haben unterschiedliche Größenordnungen. (Bild: MPI für Astrophysik/Nature)

In einem Doppelsternsystem können gleich zwei dieser exotischen Weißen Zwerge entstehen. Während sie einander umkreisen, strahlen sie Gravitationswellen ab. Der daraus resultierende Energieverlust führt zu immer engeren Umlaufbahnen - bis sich die beiden Partner immer weiter annähern und schließlich miteinander verschmelzen. Man nimmt schon lange Zeit an, dass daraus Supernova-Explosionen vom Typ Ia resultieren können.

Eine Forschungsgruppe, die sich am Garchinger Max-Planck-Institut für Astrophysik mit Supernovae beschäftigt, hat nun die Verschmelzung von Weißen Zwergen mit bisher unerreichter Detailfülle am Computer nachgestellt. Falls die beiden Zwerge gleich große Massen haben, läuft die Verschmelzung besonders heftig ab: Ein Teil der Materie des einen Sterns prallt auf den anderen und heizt das Kohlenstoff-Sauerstoff-Gemisch dermaßen auf, dass eine thermonukleare Explosion gezündet wird - die Sterne werden gesprengt und explodieren als Supernova.

"Mit diesen detaillierten Simulationen konnten wir Daten vorhersagen, die sehr gut mit tatsächlichen, am Teleskop gewonnenen Beobachtungen von Supernovae des Typs Ia übereinstimmen", erklärt Friedrich Röpke vom Supernova-Team. Offenbar tragen in der Natur also verschmelzende Weiße Zwerge zu Supernovae des Typs Ia bei, auch wenn solche Prozesse wahrscheinlich nicht alle diese Explosionen erklären können.

"Supernovae gehören zu den hellsten Explosionen, die wir im Kosmos beobachten", sagt Wolfgang Hillebrandt, Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik. "Wie sie entstehen, bleibt aber eine ungelöste Frage. Mit unseren Simulationen konnten wir nun das Rätsel um die Vorläufer von Supernovae des Typs Ia teilweise lösen."

Weitere Unterstützung erhält die These, dass Supernovae des Typs Ia aus der Verschmelzung von Weißen Zwergen entstehen, von einer anderen Gruppe am Garchinger Institut. Die Forscher zeigen, dass der Großteil der beobachteten Supernovae nicht etwa dadurch erklärt werden kann, dass der weiße Zwergstern Materie von einem umlaufenden normalen Stern akkreditiert - wie das bisher angenommen wurde (zukünftige Publikation in Nature). Die einzige Alternative besteht derzeit in der Verschmelzung von zwei Weißen Zwergen.

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V./KP

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