Eine ungewöhnlich langlebige Supernova

  • 09. November 2017

Sternexplosion könnte neue Erkenntnisse über extrem masse­reiche Sterne liefern.

Einzelsterne mit mehr als der acht­fachen Sonnen­masse enden als Supernova des Typs II: Ihr Kern kollabiert – je nach Masse – zu einem Neutronen­stern oder schwarzen Loch, während eine durch den Kollaps ausge­löste Stoßwelle die Außen­schichten des Sterns aufheizt und ins Weltall ausstößt. In Abhän­gigkeit vom Verlauf der Licht­kurve unter­scheiden Astro­nomen zwei Arten solcher Kern­kollaps-Supernovae: Beim Typ II-L sinkt die Hellig­keit nach dem Maximum linear ab, während sie beim Typ II-P zunächst eine etwa hundert Tage andauernde Plateau­phase durchläuft. Welchen Verlauf eine Supernova nimmt, hängt dabei unter anderem von ihrer chemischen Zusammen­setzung ab. Enthält sie relativ wenig schwere Elemente, so ist die Geschwin­digkeit und Menge an ausge­stoßener Materie größer. Die rasche Ausdehnung der Hülle kompen­siert dann die Abnahme der Hellig­keit aufgrund der Abkühlung und führt so zu der Plateau-Bildung.

Abb.: Die Supernova iPTF15hls (oben) zeigt im Vergleich zu einer normalen Supernova (unten) eine ungewöhnliche Lichtkurve: Sie ist heller, hält ihre Helligkeit über einen ungewöhnlich langen Zeitraum und zeigt eine Reihe zusätzlicher Ausbrüche. (Bild: S. Wilkinson, LCO)

Abb.: Die Supernova iPTF15hls (oben) zeigt im Vergleich zu einer normalen Supernova (unten) eine ungewöhnliche Lichtkurve: Sie ist heller, hält ihre Helligkeit über einen ungewöhnlich langen Zeitraum und zeigt eine Reihe zusätzlicher Ausbrüche. (Bild: S. Wilkinson, LCO)

Am 22. September 2014 regis­trierte die Palomar Transient Factory PTF, eine auto­matisch arbeitende Weitwinkel­kamera für die Suche nach ungewöhn­lichen Verän­derungen am Himmel, eine Supernova im Stern­bild „Großer Bär“. Die Hellig­keit der Supernova blieb in den fol­genden Wochen relativ konstant, daher klassi­fizierte das PTF-Team die Stern­explosion unter der Katalog­nummer iPTF14hls als Supernova des Typs II-P. Doch als die Hellig­keit von iPTF14hls auch nach vier Monaten nicht abnehmen wollte, schlugen sie Alarm: Hier ging offen­sichtlich etwas Außer­gewöhnliches vor, was dringend weitere Beobach­tungen des Phänomens erfor­derlich machte.

Jetzt stellt ein inter­nationales Forscherteam um Iair Arcavi vom Las Cumbres Obser­vatory in Kali­fornien die weltweit zusammenge­tragenen Beobach­tungen vor: Über sechs­hundert Tage lang zeigte die Supernova eine große Helligkeit, damit handelt es sich um die am längsten andauernde Supernova, die je beobachtet worden ist. Mehr noch, dem Plateau über­lagert sind mehrere – mindestens vier – weitere Hellig­keits­ausbrüche, ein niemals zuvor bei einer Typ II-Supernova beobach­tetes Phänomen. Historische Aufzeich­nungen der Himmels­region deuten zudem darauf hin, dass der Stern bereits 1954 einen starken Helligkeits­ausbruch gezeigt hat.

Und auch in anderer Hinsicht unter­scheidet sich iPTF14hls von früheren Supernovae. Wenn die ausge­worfene Materie einer Supernova im Weltall expandiert, geraten tiefere, sich langsamer bewegende Schichten ins Blickfeld der astro­nomischen Instru­mente. Nicht so bei iPTF14hls: Hier blieb die spektro­skopisch gemessene Geschwin­digkeit konstant. Zudem sollte die expan­dierende Hülle abkühlen – auch hier Fehl­anzeige: Die Temperatur änderte sich bei iPTF14hls nicht.

Arcavi und seine Kollegen haben versucht, die Beobach­tungen mit verschiedenen Modellen der Explosion masse­reicher Sterne in Einklang zu bringen – ohne Erfolg. Am vielver­sprechendsten seien, so die Forscher, Modelle mit Stern­massen im Bereich von 95 bis 130 Sonnen­massen. Solche extrem masse­reichen Sterne könnten vor ihrer finalen Explosion mehrere instabile Phasen durch­laufen und dabei bereits supernova­ähnliche Ausbrüche zeigen. Allerdings vermag auch ein solches Modell weder die konstante Temperatur noch den Helligkeits­ausbruch von 1954 zu erklären. Es müsse also, so folgern Arcavi und seine Kollegen, einen bislang unbe­kannten Prozess geben, der am Ausstoß der Materie extrem massereicher Sterne beteiligt ist. Weitere Beobach­tungen des Überrests der Supernova iPTF14hls, sowie die Suche nach ähn­lichen Stern­explosionen könnten so Einblicke in die Entwicklung extrem masse­reicher Sterne liefern

Rainer Kayser

JOL

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