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Asphärische Explosionen massereicher Sterne
Redaktion / MPG
astronews.com
27. Mai 2005
Massereiche Sterne können auch stark asphärisch - also unkreisförmig -
explodieren, wie jetzt ein internationales Team von Astronomen nachgewiesen hat.
Durch genaue Beobachtung der Supernova "2003jd" mit den weltweit größten
Teleskopen gelang den Wissenschaftlern zudem die Entdeckung, dass diese
asphärischen Sternexplosionen Quellen von rätselhaften kosmischen Gammablitzen
sein können.
Sterne leuchten, weil in ihrem Inneren Kernreaktionen ablaufen, bei denen
leichtere chemische Elemente zu schwereren verschmelzen und dabei Energie
freisetzen. Wenn ein Stern mit mehr als der zehnfachen Masse der Sonne seinen
nuklearen Brennstoff aufgebraucht hat, führt die Gravitationskraft dazu, dass
der zentrale Eisenkern des Sterns kollabiert.
Bei der folgenden Explosion wird
der Großteil der Sternmaterie mit hoher Geschwindigkeit ausgeschleudert.
Nukleares Brennen und die Aufheizung des Sterngases durch die nach außen
laufende Stoßwelle erzeugen eine sehr helle Leuchterscheinung, die den
explodierenden Stern für einige Tage so hell strahlen lässt wie eine ganze
Galaxie - eine Supernova leuchtet auf.
Eine spezielle Art von Supernovae, Typ Ic, werden mit Gammablitzen in
Verbindung gebracht - extrem helle, aber kurze Ausbrüche sehr intensiver Gamma-
und Röntgenstrahlung. Sie dauern üblicherweise nur wenige Sekunden. Ihre
Entstehungsorte und ihr Ursprung stellten für die Astronomen über Jahrzehnte ein
Rätsel dar. Dank moderner Röntgen- und Gamma-Teleskope im Weltall wissen wir
heute, dass diese Gammablitze aus weit entfernten Galaxien stammen.
Wie lassen
sich nun die großen Energiemengen, die von den Gammablitzen freigesetzt werden,
erklären. Die Wissenschaftler glauben, dass die Explosionen, von denen solche
Blitze stammen, stark asphärisch und in Form gerichteter Gasströme, so genannter
Jets ablaufen müssen. Im Gegensatz dazu wurden normale Supernovae bisher als
weitgehend kugelförmige Explosionen betrachtet.
Die speziellen Supernovae, die mit Gammablitzen in Verbindung stehen, könnten
allerdings auch selbst eine stark asphärische Form haben. Die Forscher des
Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA), des Italienischen Nationalen
Instituts für Astrophysik (INAF), und der Universitäten in Tokio und des
kalifornischen Berkeley haben theoretische Modelle von solchen stark
deformierten Explosionen berechnet.
Basierend auf diesen Modellen wurde im Jahr
2002 vorhergesagt, dass sich die Spektren der Supernovae unterscheiden sollten,
je nachdem, unter welchem Blickwinkel die Explosionen erfasst werden.
Insbesondere Beobachtungen, die mehrere Monate nach der Explosion gemacht
werden, sollten stark von der Blickrichtung abhängen.
Solche Beobachtungen der späten Entwicklung einer Supernova sind dazu
geeignet, die gesamte abgestoßene Materie zu untersuchen, da das Gas durch die
Ausbreitung zu dieser Zeit durchsichtig wird. Zum Beispiel sagten die Rechnungen
voraus, dass die stärkste Linie im Strahlungsspektrum - eine Linie des neutralen
Sauerstoffs - einen einzigen, schmalen Buckel haben sollte, wenn die Supernova
aus der Richtung des Jets beobachtet wird. In diesem Fall würde man auch den
Gammablitz sehen.
Erfolgt die Beobachtung mit größerem Winkel zur Jetachse, so
dass der Gammablitz selbst nicht sichtbar ist, dann erwartet man nach den
Modellen eine Sauerstofflinie mit zwei Maxima. Weil der strahlend helle
Gammablitz dann aber verborgen bleibt, können solche Explosionen in fernen
Galaxien nicht leicht entdeckt werden. Mit einigen der weltweit größten
Teleskope wurde daher ein besonderes Beobachtungsprogramm gestartet, um nach Typ
Ic-Gammablitz-Supernovae zu suchen und durch Messung der Strahlungsspektren
die Vorhersagen zu überprüfen.
In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science berichten die
Forscher um Paolo Mazzali nun über die jüngsten Beobachtungen der Supernova
"2003jd" mit dem japanischen 8,2 Meter Subaru-Teleskop auf dem Mauna Kea auf
Hawaii. Ungewöhnliche Doppelmaxima in den Spektrallinien des Lichts, welches das
expandierende Supernovamaterial aussendet, weisen auf eine stark von der
Kugelgestalt abweichende Explosion hin. Die Messungen mit dem
Acht-Meter-Keck-Teleskop, das ebenfalls auf Hawaii steht und von einem
Konsortium verschiedener US-amerikanischer Universitäten betrieben wird, haben
die Annahme bestätigt.
Die Ergebnisse zeigen, dass Typ Ic-Supernovae auch stark asphärisch sein
können. Die beobachtete Supernova "2003jd" ist extrem hell und weist zusätzlich
weitere charakteristische Ähnlichkeiten mit der Supernova "1998bw" auf, von der
ein Gammablitz beobachtet wurde. In Übereinstimmung mit dem theoretischen Modell
hat die Sauerstofflinie bei der Supernova "1998bw" aber nur ein einziges
scharfes Maximum.
Die Messungen an der Supernova "2003jd" bestätigen damit die
Vorstellung, dass kosmische Gammablitze beim Kollaps und der Explosion
massereicher Sterne erzeugt werden. Im Fall der Supernova "2003jd" ist der Gasjet und der dadurch erzeugte Gammablitz aber nicht auf die Erde gerichtet
gewesen und für uns daher unsichtbar geblieben (siehe Großansicht).
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