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SUPERNOVAE
Das Geheimnis der hellsten Sternexplosionen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
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16. Februar 2017

Schon normale Supernovae sind extrem helle Sternexplosionen, doch geht es noch heller: Über die Natur dieser äußerst seltenen superleuchtkräftigen Supernovae rätseln Wissenschaftler seit der Entdeckung des Phänomens vor rund zehn Jahren. Neue Simulationen konnten nun Hinweise auf den Ursprung der Sternexplosion liefern und zeigten eine Ähnlichkeit zu Gammastrahlen-Ausbrüchen.

Supernova

Eine superleuchtkräftige Supernova, entdeckt im Rahmen des Palomar Transient Factory Project im Jahr 2009. Bild: Quimby et al., Nature 474, 487–489 (23 June 2011)  [Gesamtansicht]

Superleuchtende Supernovae sind eine neue und exotische Klasse von Sternexplosionen, die bis zu 100-mal mehr Energie abstrahlen als normale Supernovae. Obwohl sie so extrem hell sind, wurden sie erst vor etwa zehn Jahren entdeckt, da sie bei großen Entfernungen auftreten und sehr selten sind. Unter etwa 1000 Supernovae findet sich nur eine superleuchtende.

Der Ursprung der enormen Leuchtkraft und die Eigenschaften der Vorläufersterne stellen die Wissenschaft vor ein Rätsel. Sie könnten durch schnell rotierende und hoch magnetische Neutronensterne (sogenannte Magnetare) angetrieben werden, durch ein neu entstandenes Schwarzes Loch, riesige Mengen an Radioaktivität oder heftige Kollisionen mit dem dichten Material um den Stern. Welche Art von Vorläufersternen stecken dahinter? Warum treten sie ausschließlich in ungewöhnlichen Zwerggalaxien auf?

In einer neuen Studie unter der Leitung von Dr. Anders Jerkstrand, Marie-Curie Fellow am Max-Planck-Institut für Astrophysik, werden einige wichtige neue Fortschritte vorgestellt, die auf der Berechnung von Modellspektren der Supernovae beruhen. "Etliche Monate oder sogar Jahre nachdem eine Supernova explodiert ist, wenn das ausgeworfene Material sich ausdehnt und abkühlt, zeigen die Spektren charakteristische Anzeichen der Elemente, die im Innern des Stern erzeugt worden sind," erklärt Jerkstrand. "Wenn wir nun die beobachteten mit den berechneten Modellspektren in dieser Phase vergleichen, können wir einen Einblick in die inneren Schichten des Vorläufersterns erhalten, was wiederum den Ursprung und die Natur dieser Explosionen stark einschränkt."

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Die Interpretation der Spektren erfordert anspruchsvolle Modelle, wie die Strahlung das expandierende Gas durchdringt, sowie die Einbeziehung der neuesten Atomphysik in die detaillierten Modelle. Die Kombination aus hochmodernen neuen Modellen, angewandt auf erstklassige Daten dieser Supernovae lange nach der Explosion aus Beobachtungen mit Teleskopen der europäischen Südsternwarte, macht diese Studie bislang einzigartig.

Die Studie zeigt zum ersten Mal ganz klar die chemische Zusammensetzung dieser Explosionen. Die neuen Spektren weisen zudem eine starke Ähnlichkeiten mit Gammastrahlen-Ausbrüchen aus. Es ist das erste Mal, dass diese Verbindung hergestellt werden konnte. Man glaubt, dass Gammastrahlen-Ausbrüche bei der Bildung eines Schwarzen Lochs entstehen oder auch durch die Entstehung eines hochmagnetischen Neutronensterns.

Gammastrahlen-Ausbrüche sind ebenso selten wie superleuchtkräftige Supernovae und treten ebenfalls bei unregelmäßigen Zwerggalaxien mit geringer Metallizität auf. Einige von ihnen werden tatsächlich auch von einer Supernova begleitet; bisher allerdings immer bei viel kleineren Helligkeiten und mit sehr viel geringerer Dauer als die superleuchtkräftigen Supernovae.

Als zweites wichtiges Ergebnis zeigen die spektralen Synthesemodelle, dass diese superleuchtkräftigen Supernovae sehr hohe Mengen an Sauerstoff enthalten - mit die höchsten Sauerstoffmassen, die je für eine Supernova abgeleitet wurden. Die Spektren zeigen sehr starke Emissionslinien, für die mehr als etwa zehn Sonnenmassen Sauerstoff und eine Sonnenmasse Magnesium nötig sind. Die Explosionen müssen daher von extrem massereichen Sternen ausgehen, mit ursprünglich über 40 Sonnenmassen.

Sterne in diesem Massenbereich explodieren nicht durch den normalen Supernova-Mechanismus, sondern benötigen exotische Mechanismen wie einen durch magnetische Rotation angetriebenen Jet oder die Akkretion auf ein Schwarzes Loch. Detaillierte multidimensionale Modelle, die den Zusammenbruch, die Explosion und den späten Energieeintrag des massereichen stellaren Kerns umfassen, werden derzeit von mehreren Gruppen auf der ganzen Welt entwickelt.

Über ihre Untersuchungen berichten die Forscher in einem Fachartikel in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal.

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siehe auch
Supernovae: Wie es zur Explosion von Sternen kommt - 7. Dezember 2015
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Astrophysik
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