14:13 16 Dezember 2019
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    Explosion der Supernova (l.) (Archiv)

    Rätselhafte Supernovae: So verlaufen die apokalyptischen Explosionen im Weltall

    © Foto : NASA/European Space Agency/Justyn R. Maund (University of Cambridge)
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    Jede Sekunde entflammen im Universum rund 80 Supernovae. Astronomen entdecken heutzutage Tausende davon. Allein in unserer Galaxie wurden rund 300 registriert. Dennoch ist es ein glücklicher Zufall, wenn die Explosion aus kleiner Entfernung beobachtet werden kann.

    Die meisten Sterne verglühen langsam ohne Reste bzw. stoßen allmählich ihre Gashülle ab, indem sie sich in ein Objekt von der Größe eines Planeten – beispielsweise einen weißen Zwerg – verwandeln. Sehr selten endet das Leben der Sterne mit einer Katastrophe.

    Lange Historie

    Bei einer Explosion wird unglaublich viel Energie in Form von Neutrinos und elektromagnetischer Strahlung freigegeben. Wenn das ziemlich nahe geschieht, kann dieses Ereignis von der Erde beobachtet werden – am Himmel taucht plötzlich ein riesiger, grell leuchtender Stern auf, der im Laufe von wenigen Tagen blasser wird. Diese Sterne werden Supernova genannt.

    In historischen Chroniken sind Angaben über sieben Supernovae zu finden. Eine der frühesten wurde von chinesischen, japanischen und arabischen Astronomen im Jahr 1054 beobachtet. Von ihr blieb eines der am meisten erforschten Weltraumobjekte – der Krebsnebel, in dessen Zentrum sich ein sich rasant drehender Pulsar mit 33 Drehungen pro Sekunde und der Ausstrahlung von Wellen in verschiedenen Bereichen befindet.

    1604 wurde der Ausbruch einer Supernova im Sternbild Schlangenträger im Mittelalter von vielen Astronomen gesehen, darunter Johannes Kepler. Auf das nächste Ereignis in dieser Größenordnung musste die Menschheit fast 400 Jahre warten.

    Geburt einer Supernova

    Der junge kanadische Astronom Ian Shelton entdeckte im Februar 1987 in einem Observatorium in Chile zufällig die Explosion einer Supernova in der Großen Magellanschen Wolke, einer Zwerggalaxie, einem Satelliten der Milchstraße, 50 Kiloparsec von uns entfernt. Der Ausbruch war gut zu sehen und wurde auf Fotos festgehalten.

    Er wird als SN1987A bezeichnet, wo die ersten Buchstaben für Supernova stehen. Der Buchstabe A bedeutet, dass sie die erste war, die 1987 entdeckt wurde.

    Es stellte sich heraus, dass vier Neutrino-Detektoren in der Welt, darunter der im kaukasischen Baksan-Observatorium, anomale Strömungen der Weltraum-Neutrinos verzeichneten. Mit dem Detektor „Kamiokande II“ wurde in Japan sogar die Richtung auf die Quelle des Ausbruchs fixiert.

    Neutrino ist ein besonderer Typ von Elementarteilchen, der sehr schwach mit dem Stoff zusammenwirkt, weshalb sie sehr schwer zu orten sind. Sie entstehen tief in den Sternen als Ergebnis atomarer Reaktionen und fliegen mit Lichtgeschwindigkeit, wobei alles auf dem Weg durchdrungen wird. Um sie einzufangen, sind sehr sensible Anlagen erforderlich.

    Wenn es sich um einen großen Stern handelt, der beispielsweise um das Achtfache schwerer als die Sonne ist, wird sein zentraler Teil allmählich dichter. Es beginnt eine thermonukleare Reaktion. Mit der Zeit werden im Inneren Helium, Deuterium, Kohlenstoff, Sauerstoff und sogar Ferrum synthetisiert. Die Temperatur im Zentrum steigt, der schwere Kern des Sterns zieht sich zusammen. Er verwandelt sich in einen glühenden Reaktor, wo die Atome in elementare Teilchen zerfallen und sich in Neutronen versammeln. In dieser Etappe erfolgt ein starker Ausstoß von Energie in Form von Neutrino. Dieser kann auf der Erde gesehen werden. Die Teleskope weisen darauf hin, dass bald unter bestimmten Koordinaten eine Supernova entsteht.

    Des Weiteren folgt ein schneller Zusammenbruch des Sternes – seine Hüllen lösen sich unter Einfluss der Gravitation auf. Das Objekt wird um das Tausendfache greller. Sollte es sich nahe der Erde befinden, kann es auch ohne Teleskop gesehen werden. Die Explosionswelle vertreibt die Energie und die Reste des Stoffs, im Zentrum bleibt ein kleiner Neutronen-Stern – ein Pulsar. Oder ein Schwarzes Loch. Nach anderen Szenarios ist die Bildung eines Zwergsternes möglich. SN1987A ist das Ergebnis des Todes des blauen Riesen Sanduleak. 30 Jahre nach der Explosion blieben nur rätselhafte Ringe und die Quelle der Radio- und Röntgenstrahlung zurück. Im Zentrum wurde bislang nichts gefunden. Vielleicht sind dort die Gaswolken sehr dicht, oder das Schwarze Loch zeigt sich nicht. Oder vielleicht gibt es dort tatsächlich nichts.

    Diese Supernova ist eine der meisterforschten in der Geschichte der Astronomie. Ihre Geburt wurde nicht nur visuell und nach Neutrino, sondern auch in verschiedenen Bereichen der elektromagnetischen Strahlung beobachtet. Derzeit befindet sich am Explosionsort eine ballförmige Struktur mit zwei Ringen. Sie sollen von dem Stern-Vorgänger übrig geblieben sein; die Angriffswelle beleuchtete sie. Laut einem Modell soll der innere Ring zum Jahr 2025 erlöschen. Die SN 1987A leuchtet immer noch stark im Radiobereich, was mit der Synchrotronen-Strahlung, ausgelöst durch die laufende Angriffswelle, erklärt wird.

    Leben und Tod der weißen Zwerge

    Die Entdeckung der SN1987A kennzeichnete eine wichtige Etappe in der Astronomie. Heutzutage schauen unsere Instrumente in andere Galaxien und selbst entfernteste Ecken des Weltraums. Bis jetzt sind rund 63.000 Objekte ausfindig gemacht worden, vor allem die Reste von vorherigen Explosionen. Doch manchmal hat man Glück und kann eine Geburt beobachten. Der Astronom-Amateur aus Argentinien, Victor Buso, testete im September 2016 eine neue Kamera. Er richtete sie auf die entfernte Galaxie NGC613 und nahm zufällig den Ausbruch eines Sterns auf. Er wurde SN2016gkg genannt. Das ist ein außerordentlicher Fall, da ein Abschnitt des Himmels vor und gleich nach der Explosion fixiert wurde. Danach wurde die Supernova von Astronomen mit großen Teleskopen beobachtet.

    Die Reste der Supernova werden regelmäßig von Astronomen des Sonder-Astrophysik-Observatoriums im Kaukasus und Teilnehmern des russischen Roboter-Teleskopen-Netzes MASTER, das von Professor Wladimir Lipunow an der Moskauer Staatlichen Universität entwickelt wurde, entdeckt.

    Mitte des vergangenen Jahrhunderts teilten die Wissenschaftler die Supernovae in Typen I und II ein. Zum zweiten Typ gehört SN1987A, die bei einem Gravitationskollaps eines Großsterns entstand. In ihrem Spektrum gibt es Wasserstoff. Zum ersten Typ, genauer Ia, gehören die Explosionsreste der kleinen Sterne. In ihrem Spektrum gibt es keinen Wasserstoff, was auf einen anderen Typ von Katastrophe hinweist.

    Laut einer Hypothese bilden sich die Supernovae des Typs I aus weißen Zwergen. Es gibt davon sehr viele im All, doch nicht alle explodieren. Der indische Wissenschaftler Chandrasekhar berechnete, dass ein weißer Zwerg stabil existieren kann, wenn sein Gewicht nicht größer als 1,4 der Sonnenmasse ist. Im Gegenfall würde er bei einer thermonuklearen Explosion bersten.

    Doch warum soll der weiße Zwerg an Gewicht gewinnen? Es stellt sich heraus, dass sich viele von ihnen mit einem Doppelgänger drehen. Der eine zieht allmählich aus dem anderen den Stoff und wird größer. Wenn die Chandrasekhar-Grenze überquert wird, kommt es zu einer thermonuklearen Explosion. Vom Stern bleibt nur die nach allen Seiten auseinanderfliegende Hülle. Diese Hypothese wurde bereits in unseren Tagen mit experimentalen Beobachtungen bestätigt.

    Zu diesem Typ gehört beispielsweise SN1572 – eine Supernova, die 1572 im Sternbild Kassiopea ausbrach. Ihre Geburt und ihr Erlöschen wurden von dem Astronomen Tyge Brahe beobachtet. Mitte des 20. Jahrhunderts wurde an Stelle dieses Objektes die Quelle der Radioausstrahlung entdeckt, später wurden die Reste der Supernova im optischen Bereich gesehen.

    Supernovae des Typs Ia dienen zur genauen Messung der Entfernungen im Weltall. In den 1990er Jahren halfen sie zu beweisen, dass das Universum sich mit Beschleunigung erweitert und der Raum mit schwarzer Energie gefüllt ist – rätselhaften Substanzen, die Galaxien aufschütteln.

    Wenn Beteigeuze explodiert

    Astronomen träumen davon, die Explosion einer Supernova aus einer sicheren Entfernung mit eigenen Augen zu sehen. Sonst könnte dieses Ereignis zu katastrophalen Folgen auf der Erde führen. Geologen entdecken in altem Gestein und Schichten von Gletschern mögliche Spuren von Explosionen von Supernovae in prähistorischen Epochen, einige halten sie für das Massenaussterben und den Tod von Zivilisationen verantwortlich.

    Inzwischen gilt Beteigeuze im Sternbild Orion als nächster Explosionskandidat in der Milchstraße. Das ist ein sehr alter roter Riese, dessen Lebensweg zu jedem Zeitpunkt enden kann. Man muss wohl auf den nächsten Ausbruch warten, denn in der Milchstraße kommt es dazu nicht öfter als ein bzw. zweimal pro 100 Jahre.

    Supernovae haben einen sehr großen Einfluss auf das Universum. Sie lösen Weltraumstrahlen aus, beeinflussen das Gas zwischen den Sternen und die Bildung von jungen Sternen, bereichern das Umfeld mit chemischen Elementen, darunter schweren. Das ist die wichtigste Bedingung für die Entstehung von erdähnlichem Leben auf den Planeten. Deswegen sind so viele Anstrengungen auf die Erforschung von Supernovae gerichtet. Wenn irgendwo in der Nähe – vielleicht in unserer Galaxie – ein Sternen-Kollaps beginnt, wird man auf der Erde darüber im Voraus erfahren und die Teleskope dorthin ausrichten. Die Wissenschaftler wollen auch die Gravitationswellen bei der Geburt der Supernovae beobachten.

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    Tags:
    Explosionen, Supernova, Weltraum