Supernova stülpt Sterninneres nach außen

  • 04. April 2012

Überraschend viel Eisen aus dem Zentralbereich des Vorgängersterns findet sich in der äußeren Hülle des Supernova-Überrests Cassiopeia A. Die Ursache sind vermutlich ungewöhnlich starke Turbulenzen der Supernova.

Cassiopeia A ist der Überrest einer seltenen Typ-IIb-Supernova in 11.000 Lichtjahren Entfernung in der Milchstraße. Eine Forschergruppe hat diese auch SNR G111.7-2.1 (SNR für „Supernova Remnant“) genannte Formation mit dem satellitengebundenen Chandra-Röntgenteleskop detailliert untersucht. Dabei haben die Wissenschaftler entdeckt, dass sich in der äußeren Hülle große Mengen an Eisen und anderen schweren Elementen finden. Eisen entsteht im innersten Zentralbereich schwerer Sterne als Endprodukt der Kernfusion. Die großen Mengen, die aus diesem Bereich in die äußere Hülle des Überrests vordringen konnten, deuten auf starke hydrodynamische Instabilitäten hin.

Abb.: Links: Abfolge von Elementen in einem Überriesen. Rechts: Verteilung dieser Elemente im Supernova-Überrest Cassiopeia A, mit selbem Farbkodex (blau: Eisen, grün: Schwefel, rot: Magnesium). (Bild: M. Weiss / NASA / CXC ; U. Hwang, J. Laming / NASA / CXC / GSFC)

Abb.: Links: Abfolge von Elementen in einem Überriesen. Rechts: Verteilung dieser Elemente im Supernova-Überrest Cassiopeia A, mit selbem Farbkodex (blau: Eisen, grün: Schwefel, rot: Magnesium). (Bild: M. Weiss / NASA / CXC ; U. Hwang, J. Laming / NASA / CXC / GSFC)

Der Vorgängerstern von Cassiopeia A war mit großer Wahrscheinlichkeit ein roter Überriese, der in einer Kernkollaps-Supernova explodiert ist. Darauf deuten Lichtechos der Explosion hin, die vor gut 300 Jahren auch auf der Erde sichtbar gewesen wäre, hätten nicht starke Gas- und Staubwolken den Blick auf dieses Ereignis verschleiert.

Die Forscher untersuchten Cassiopeia A mit einer Genauigkeit von 2,5 bis 10 Bogensekunden in insgesamt über 6000 Spektralbereichen. Im Röntgenbereich gut sichtbar sind vor allem die durch die Schockfronten der Supernova-Explosion aufgeheizten Bereiche. Beim „Schalenbrennen“ schwerer Sterne sind die Elemente zwiebelförmig sortiert, sie werden von außen nach innen immer leichter. Das schwerste bei der Kernfusion entstehende Element ist Eisen, danach folgen Silizium, Schwefel, Magnesium, Neon, Sauerstoff, Kohlenstoff, Helium und Wasserstoff.

Bei Cassiopeia A finden sich allerdings große Mengen an schweren Elementen im äußeren Bereich des Überrestes. Die Masse an reinem Eisen dort liegt bei 13 Prozent der Masse unserer Sonne, ein noch größerer Teil ist vermutlich nicht im Röntgenbereich sichtbar. Man hat aber auch mit dem im Infraroten arbeitenden Spitzer Space Telescope keine Hinweise auf Eisen im Innern des Überrests gefunden. Die Gesamtmasse des ausgestoßenen Materials beziffern die Forscher mit ungefähr der dreifachen Masse unserer Sonne.

Bei der Supernova ist auch eine punktförmige Röntgenquelle entstanden, die höchstwahrscheinlich aus einem Neutronenstern oder Schwarzes Loch besteht und sich vom Supernova-Überrest wegbewegt. Den Rückstoß hat allerdings nicht das Eisen aufgenommen, aus dessen Mitte die Punktquelle stammt, sondern der Überrest als Ganzes. Dies spricht ebenfalls für die Annahme starker hydrodynamischer Turbulenzen. Die jetzigen Daten stammen aus einer Messkampagne über eine Million Sekunden. Die Wissenschaftler erwarten von künftigen Messungen bessere Modellierungsmöglichkeiten und ein tieferes Verständnis des inneren Ablaufes von Supernovae.

Dirk Eidemüller

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