Sternenexplosion dreidimensional

  • 05. August 2010

Astronomen haben erstmals den Kern einer Supernova in drei Dimensionen beobachtet.

Astronomen haben mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) erstmals eine dreidimensionale Ansicht der Verteilung der Materie im innersten Bereich der Supernova 1987A, eines kürzlich explodierten Sterns, rekonstruiert. Dabei ergibt sich das Bild einer gewaltigen, Explosion, bei der in bestimmte Richtungen besonders viel Material ausgeworfen wurde. Die Asymmetrie ist ein klarer Hinweis darauf, dass die Supernova sehr turbulent abgelaufen sein muss; eine Erkenntnis, die sich mit den Ergebnissen der neuesten Computersimulationen solcher Ereignisse deckt.

Im Gegensatz zur Sonne, die einen vergleichsweise unspektakulären Tod sterben wird, explodiert ein massereicher Stern am Ende seines kurzen Lebens in Form einer Supernova. Dabei werden große Mengen an Sternmaterie nach außen geschleudert. Unter den bislang beobachteten Supernovaexplosionen nimmt die im Jahr 1987 in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße, beobachtete Supernova 1987A (abgekürzt SN 1987A) eine besondere Stellung ein: Sie war die seit 383 Jahren erste Supernova, die mit bloßem Auge zu sehen war (eso8704). Aufgrund der für astronomische Verhältnisse geringen Entfernung war es den Astronomen möglich, Explosion eines massereichen Sterns und ihre Auswirkungen am Beispiel von SN 1987A so detailliert zu untersuchen wie nie zuvor. Kaum ein anderes Ereignis hat die moderne Astronomie so produktiv in Aufregung versetzt wie dieses.

SN 1987A hat sich für die Astrophysik als wahre Goldgrube erwiesen (eso8711 und eso0708) und erlaubte es den Wissenschaftlern, in vielerlei Hinsicht Neuland zu betreten: sie konnten erstmals Neutrinos aus dem in sich zusammenfallenden Zentralbereich des Sterns nachweisen, die die Explosion ausgelöst haben, sie fanden erstmals Anzeichen für eine asymmetrisch ablaufende Explosion, und erstmals gelangen direkte Nachweise von radioaktiven Elementen, die während der Explosion erzeugt wurden und der Bildung von Staub während der Supernova, sowie die Detektion von zirkumstellarer und interstellarer Materie. Außerdem war dies der erste Fall, in dem es gelang, den Vorgängerstern einer Supernova auf archivierten Photoplatten zu identifizieren – und damit zu sehen, wie er vor der Explosion aussah.

Mit Hilfe neuer Beobachtungen mit dem einzigartigen Instrument SINFONI am VLT der ESO konnten die Kenntnisse von SN 1987A nun noch einmal vertieft werden: Mit den neuen Daten ist es erstmals möglich, die Struktur der zentralen Bereiche der Explosionsüberreste dreidimensional darzustellen. Die neue Sichtweise zeigt insbesondere, dass die Explosion in einige Richtungen stärker und schneller erfolgte als in andere. Daraus ergab sich eine unregelmäßige Form, durch die sich einige Teilbereiche der Explosionswolke weiter in den Raum hinaus erstrecken.

Das Material, das bei der Explosion ausgestoßen wurde, bewegt sich mit unglaublichen 100 Millionen km/h nach außen, entsprechend rund einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit bzw. Dem 100.000fachen der Geschwindigkeit eines Passagierflugzeugs. Aber sogar mit dieser halsbrecherischen Geschwindigkeit benötigte das das Material zehn Jahre, um einen Ring aus Gas und Staub zu erreichen, den der sterbende Stern vor der Explosion ausgestoßen hatte. Die Bilder dokumentieren außerdem eine weitere Materiewelle, die sich mit einem Zehntel der genannten Geschwindigkeit ausbreitet. Sie wird von radioaktiven Elementen aufgeheizt, die bei der Explosion erzeugt wurden.

"Wir haben die Verteilung der Geschwindigkeiten in den innersten Materieausstößen der Supernova 1987A bestimmt”, erläutert Karina Kjær, die Leiterin des Wisseschaftlerteams. “Wie es genau zu einer Supernovaexplosion kommt, ist nach wie vor nicht besonders gut verstanden, aber die Art und Weise, wie der Stern explodiert ist, kann man aus den innersten Bereichen der Explosionswolke ablesen. Wir können sehen, dass die Materie dort nicht in alle Richtungen gleichmäßig ausgestoßen wurde. Stattdessen scheint es eine Vorzugsrichtung zu geben, die sich von derjenigen unterscheidet, die man anhand der Lage des Ringes erwarten würde.”

Dieses asymmetrische Verhalten wird von einigen aktuellen Computermodellen von Supernovaexplosionen vorhergesagt. Diese Modelle ergaben großräumige Instabilitäten während der Explosion. Die neuen Beobachtungen liefern daher die erste direkte Bestätigung dieser Modelle.

SINFONI ist das leistungsfähigste Instrument seiner Bauart. Diese Leistungsfähigkeit, insbesondere das räumliche Auflösungsvermögen des Instruments, war unbedingt nötig, um die jetzt veröffentlichten Ergebnisse zu ermöglichen. SINFONI enthält zum einen ein ausgeklügeltes System Adaptiver Optik, das der Unschärfe entgegenwirkt, die von der Erdatmosphäre verursacht wird. Zum anderen verwendet das Instrument die Technik der Integralfeldspektroskopie, um räumlich aufgelöste Spektren generieren zu können. So können die Astronomen verschiedene Bereiche des chaotischen Zentralbereichs der Supernova gleichzeitig untersuchen, Voraussetzung für die nun generierte 3D-Ansicht.

“Integralfeldspektroskopie ist eine spezielle Technik, dank derer wir aus jeden Pixel des Bildes Informationen über die Natur des Gases und die dort herrschenden Geschwindigkeiten gewonnen haben”, ergänzt Kjær. “Zusätzlich zu dem normalen Bild messen wir für jeden Punkt in dem Bild auch die Geschwindigkeit entlang der Sehlinie auf uns zu oder von uns weg. Da sich das Material ungehindert nach außen ausbreitet und wir wissen, wieviel Zeit seit der Explosion vergangen ist, können wir diese Geschwindigkeiten in Abstände zum Explosionszentrum umrechnen. Wir sehen das ausgestoßene Material also einmal von der Seite und einmal von vorn.”¿

ESO/DPA/AL


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