Besondere Supernova

  • 21. September 2006



Supernovae des Typs Ia dienen in der Astronomie als "Standardkerzen" zur großräumigen Vermessung des Universums. Doch nun hat ein internationales Forscherteam eine Supernova entdeckt, die sich nicht an die Regeln hält: Sie leuchtete zu hell und ging offenbar aus einem Weißen Zwerg hervor, der mehr Masse enthielt als nach den bisherigen Theorien erlaubt. Bei künftigen kosmologischen Studien, so folgern die Wissenschaftler in ihrem im Fachblatt "Nature" veröffentlichten Aufsatz, müsse man solche Ausreißer sorgfältig berücksichtigen, damit sie die Ergebnisse nicht verfälschen.

Abb.: Die Supernova SN 2003fg: links die Wirtsgalaxie vor der Explosion des Weißen Zwergs, rechts mit der Supernova, die sich als heller Lichtpunkt links unten vor einer hellen Struktur der Galaxie zeigt. (Quelle: A. Howell/Supernova Legacy Survey)

Zu einer gewöhnlichen Supernova-Explosion kommt es, wenn ein massereicher Stern seinen nuklearen Energievorrat verbraucht hat. Das Innere des Sterns kollabiert dann zu einem Neutronenstern, während die äußeren Schichten des Sterns mit hoher Geschwindigkeit ins All abgestoßen werden. Massearme Sterne wie unsere Sonne dagegen beenden ihr Leben als Weißer Zwerg. Solche etwa erdgroßen Objekte bestehen nahezu vollständig aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Da in ihnen keine Kernfusion mehr stattfindet, kühlen sie langsam aus.

Weiße Zwerge spielen die Hauptrolle bei Supernovae des Typs Ia. Kreist nämlich ein Weißer Zwerg auf einer engen Bahn um einen größeren, normalen Stern, dann kann er ihm mit seiner Schwerkraft Materie entreißen. Durch den Massentransfer von dem normalen Stern wächst die Masse des Weißen Zwergs an - bis sie die so genannte Chandrasekhar-Grenze von 1,4 Sonnenmassen erreicht. Dann kommt es zu einer thermonuklearen Instabilität - der Weiße Zwerg wird durch eine Explosion zerfetzt und leuchtet als Supernova des Typs Ia auf. Bei diesem Vorgang werden etwa 0,6 Sonnenmassen des Zwergsterns zu Nickel-56 fusioniert. Der radioaktive Zerfall dieses Isotops über Kobalt-56 zum stabilen Eisen-56 liefert die Energie, mit der die ausgestoßene Materie über einen längeren Zeitraum aufgeheizt wird und die so über die maximale Helligkeit der Supernova entscheidet.

Doch die nun von Andrew Howell von der University of Toronto und seinen Kollegen untersuchte Supernova 2003fg scheint sich nicht an dieses Szenario zu halten. Ihre Helligkeit übertrifft typische Supernovae des Typs Ia um das 2,2-fache. Da die maximale Helligkeit vom Zerfall des Nickels abhängt, schließen Howell und Kollegen, dass bei der SN 2003fg insgesamt 1,3 Sonnenmassen an Nickel-56 entstanden sein muss. Daraus ergibt sich jedoch für den bei dieser Supernova explodierten Weißen Zwerg eine Masse von insgesamt 2,1 Sonnenmassen. Wie aber kann ein Weißer Zwerg eine Masse oberhalb der Chandrasekhar-Grenze erreichen, ohne zuvor zu explodieren? Eine mögliche Erklärung, so die Forscher, wäre eine rasche Rotation des Zwergsterns. Die damit verbundenen Fliehkräfte könnten einen Teil der Schwerkraft kompensieren und so den Weißen Zwerg über die Chandrasekhar-Grenze hinaus stabilisieren.

Eine größere Masse lässt eine Supernova aber auch heller aufleuchten - wie eben im fall von SN 2003fg. Das aber ist keine gute Nachricht für die Kosmologen, die die Supernovae des Typs Ia zur Vermessung des Universums verwenden. Denn aus dem Verlauf ihrer Lichtkurve lässt sich ihre wahre Helligkeit und damit durch Vergleich mit der auf der Erde gemessenen Helligkeit die Entfernung einer Supernova berechnen. Wenn eine Supernova jedoch heller ist als es die Theorie vorhersagt, dann würde man ihre Entfernung unterschätzen. Gegenwärtig laufen mehrere große Projekte an, um mit Hilfe der Supernovae die Natur der geheimnisvollen Dunklen Energie zu ergründen. Bei diesen Vorhaben wird man künftig also auf überhelle Supernovae jenseits der Chandrasekhar-Grenze achten müssen.

Rainer Kayser

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