Der Stern, der eine Supernova überlebt hat

Eine Supernova ist die katastrophale Explosion eines Sterns. Insbesondere thermonukleare Supernovae signalisieren die vollständige Zerstörung eines Weißen Zwergsterns, wobei nichts zurückbleibt. Das legen zumindest Modelle und Beobachtungen nahe.

Als ein Team von Astronomen mit dem Hubble-Weltraumteleskop den Ort der eigentümlichen thermonuklearen Supernova SN 2012Z untersuchte, stellte es schockiert fest, dass der Stern die Explosion überlebt hatte. Er hatte nicht nur überlebt – der Stern war nach der Supernova noch heller als zuvor.

Der Erstautor Curtis McCully, Postdoktorand an der UC Santa Barbara und am Las Cumbres Observatory, veröffentlichte diese Ergebnisse in einem Artikel in Das Astrophysikalische Journal und stellte sie auf einer Pressekonferenz beim 240. Treffen der American Astronomical Society vor. Die rätselhaften Ergebnisse geben uns neue Informationen über die Ursprünge einiger der häufigsten, aber mysteriösesten Explosionen im Universum.

Diese thermonuklearen Supernovae, auch Typ-Ia-Supernovae genannt, gehören zu den wichtigsten Werkzeugen im Werkzeugkasten der Astronomen zur Messung kosmischer Entfernungen. Seit 1998 zeigen Beobachtungen dieser Explosionen, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Als Ursache wird die dunkle Energie vermutet, deren Entdeckung 2011 den Nobelpreis für Physik einbrachte.

Obwohl sie für die Astronomie von entscheidender Bedeutung sind, sind die Ursprünge thermonuklearer Supernovae kaum bekannt. Astronomen sind sich einig, dass sie die Zerstörung weißer Zwergsterne sind – Sterne, die ungefähr die Masse der Sonne haben und in die Größe der Erde gepackt sind. Was die Sterne zum Explodieren bringt, ist unbekannt. Eine Theorie besagt, dass der Weiße Zwerg Materie von einem Begleitstern stiehlt. Wenn der Weiße Zwerg zu schwer wird, zünden thermonukleare Reaktionen im Kern und führen zu einer außer Kontrolle geratenen Explosion, die den Stern zerstört.

SN 2012Z war eine seltsame Art von thermonuklearer Explosion, die manchmal als Supernova vom Typ Iax bezeichnet wird. Sie sind die dunkleren, schwächeren Cousins ​​des traditionelleren Typs Ia. Da es sich um weniger starke und langsamere Explosionen handelt, haben einige Wissenschaftler die Theorie aufgestellt, dass es sich um gescheiterte Typ-Ia-Supernovae handelt. Die neuen Beobachtungen bestätigen diese Hypothese.

Im Jahr 2012 wurde die Supernova 2012Z in der nahe gelegenen Spiralgalaxie NGC 1309 entdeckt, die in den Jahren vor 2012Z eingehend untersucht und in vielen Hubble-Bildern festgehalten worden war. Hubble-Bilder wurden 2013 in einer konzertierten Anstrengung aufgenommen, um zu identifizieren, welcher Stern auf den älteren Bildern dem explodierten Stern entsprach. Die Analyse dieser Daten im Jahr 2014 war erfolgreich – die Wissenschaftler konnten den Stern genau an der Position der Supernova 2012Z identifizieren. Dies war das erste Mal, dass der Vorläuferstern einer Weißen-Zwerg-Supernova identifiziert wurde.

„Wir hatten erwartet, eines von zwei Dingen zu sehen, als wir die neuesten Hubble-Daten erhielten“, sagte McCully. „Entweder wäre der Stern vollständig verschwunden oder vielleicht noch da gewesen, was bedeutet, dass der Stern, den wir auf den Bildern vor der Explosion gesehen haben, nicht derjenige war, der explodierte. Niemand hatte erwartet, einen überlebenden Stern zu sehen, der heller war . Das war ein echtes Rätsel.“

McCully und das Team glauben, dass der halb explodierte Stern heller wurde, weil er sich zu einem viel größeren Zustand aufblähte. Die Supernova war nicht stark genug, um das gesamte Material wegzublasen, also fiel ein Teil davon in einen sogenannten gebundenen Überrest zurück. Sie erwarten, dass der Stern im Laufe der Zeit langsam in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, nur weniger massereich und größer. Paradoxerweise gilt für Weiße Zwergsterne, je weniger Masse sie haben, desto größer ist ihr Durchmesser.

„Dieser überlebende Stern ist ein bisschen wie Obi-Wan Kenobi, der als Machtgeist in Star Wars zurückkehrt“, sagte Co-Autor Andy Howell, außerordentlicher Professor an der UC Santa Barbara und leitender Wissenschaftler am Las Cumbres Observatory. „Die Natur hat versucht, diesen Stern niederzuschlagen, aber er kam stärker zurück, als wir uns hätten vorstellen können. Es ist immer noch derselbe Stern, aber in einer anderen Form zurück. Er hat den Tod überschritten.“

Jahrzehntelang dachten Wissenschaftler, dass Supernovae vom Typ Ia explodieren, wenn ein weißer Zwergstern eine bestimmte Größengrenze erreicht, die Chandrasekhar-Grenze genannt wird und etwa das 1,4-fache der Sonnenmasse beträgt. Dieses Modell ist in den letzten Jahren etwas in Ungnade gefallen, da festgestellt wurde, dass viele Supernovae weniger massiv sind als dieses, und neue theoretische Ideen darauf hindeuten, dass es andere Dinge gibt, die sie zur Explosion bringen. Astronomen waren sich nicht sicher, ob Sterne jemals in die Nähe der Chandrasekhar-Grenze kamen, bevor sie explodierten. Die Studienautoren glauben nun, dass dieses Wachstum bis zum äußersten Limit genau das ist, was SN 2012Z passiert ist.

„Die Auswirkungen auf Typ-Ia-Supernovae sind tiefgreifend“, sagt McCully. „Wir haben herausgefunden, dass Supernovae zumindest bis an ihre Grenzen wachsen und explodieren können. Dennoch sind die Explosionen schwach, zumindest zeitweise. Jetzt müssen wir verstehen, was eine Supernova zum Scheitern bringt und zu einem Typ Iax wird, und was eine solche ausmacht erfolgreich als Typ Ia.“