Ludwig-Maximilians-Universität München
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Der Supernova auf der Spur

Wenn Zwerge Riesen aussaugen

München, 13.07.2007

Eine Supernova ist ein Abgang, wie ihn sich jeder Stern nur wünschen kann. Denn dabei wird er in einer gewaltigen Explosion vernichtet, die die Helligkeit einer ganzen Galaxie erreichen kann – und damit auch in einer Entfernung von Milliarden Lichtjahren zu sehen ist. Schon länger wurde vermutet, dass eine Supernova vom Typ Ia nur in einem Doppelsternsystem vorkommen kann, das aus einem so genannten Weißen Zwerg und einem Roten Riesen, besteht. Wie jetzt in „Science Express“, der online-Ausgabe des Fachmagazins „Science“ berichtet, konnte ein internationales Forscherteam, dem auch Professor Dr. Adalbert Pauldrach vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München angehört, das Doppelstern-Szenario bestätigen. In der Untersuchung wurde nachgewiesen, dass ein Weißer Zwerg Material von einem benachbarten Roten Riesen absaugte – bis er sich damit übernahm und in einer Supernova vom Typ Ia explodierte.

Supernovae vom Typ Ia leuchten extrem hell und ähneln sich untereinander sehr. Deshalb werden diese stellaren Explosionen als Referenzereignisse, so genannte Standardkerzen, genutzt, die die Entwicklung des Universums rückverfolgen lassen. Das wichtigste Ergebnis dabei war die Entdeckung der derzeit dominierenden Energie des Universums, der „Dunklen Energie“. Sie wird unter anderem für die beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich gemacht. „Die Dunkle Energie wurde erst bei der Untersuchung von Supernovae vom Typ Ia gefunden“, berichtet Pauldrach. „Das ist ein weiterer Grund, warum dieses Arbeitsgebiet so spannend ist.“

Bislang war allerdings unbewiesen, welcher Art die von einer derartigen Supernova betroffenen Sterne sind, und wie es in diesen Fällen genau zur Supernova kommt. Nach den vorherrschenden Modellen aber kommt ein so genannter Weißer Zwerg, also ein massearmer Stern im letzten Stadium seiner Lebenszeit, zur Explosion. Das Problem dabei ist seine Masse, die für eine Supernovaexplosion nicht ausreicht. Deshalb wurde vermutet, dass der Weiße Zwerg fremdes Material aufnimmt, das von einem benachbarten Roten Riesen stammt. Diese Sterne verfügen nämlich über eine ausgedehnte äußere Hülle, aus der der Weiße Zwerg Material abziehen und sich selbst einverleiben kann. Überschreitet der Weiße Zwerg dann eine bestimmte Massengrenze wird er instabil und explodiert in einer Supernova vom Typ Ia – die Geschwindigkeiten von bis zu 30.000 Kilometern pro Sekunde erreichen kann. Das Masselimit der Weißen Zwerge, die so genannte Chandrasekhar-Masse, ist eine physikalisch vorgegebene grundlegende Grenze und liegt bei dieser Art von Sternen bei etwa 1,4 Sonnenmassen. Rote Riesen unterscheiden sich von Weißen Zwergen unter anderem durch eine höhere Masse, wobei aus einem Roten Riesen im Laufe seines Sternenlebens ein Weißer Zwerg wird.

Mit Hilfe des „Very Large Telescopes“, kurz VLT, das die Europäische Südsternwarte ESO in Chile betreibt, und eines weiteren Teleskops auf Hawaii untersuchten Pauldrach und seine Kollegen für vier Monate die Supernova SN 2006X. Diese Explosion ereignete sich 70 Millionen Lichtjahre entfernt von uns in der Galaxie Messier 100. Die Astronomen nutzten zudem bereits vorhandene Aufnahmen und erhielten damit ein Datenset von bislang einzigartigem Detailreichtum. So gelang ihnen auch, erstmals die chemische Beschaffenheit des Materials, das den Stern vor der Supernova umgab, zu bestimmen.

Sie fanden Hinweise auf Hüllen, die das System umgaben und von dem Stern stammen, der Material an den Weißen Zwerg abgab bis dieser durch die Explosion vernichtet wurde. Diese Masse stammt aus Hüllen, die Radien von etwa 0,05 Lichtjahren aufweisen, was in etwa der 3000-fachen Distanz zwischen Erde und Sonne entspricht. Das Material in den Hüllen bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 Kilometern pro Sekunde. „Das ist ein weiteres Indiz für das aufgedeckte Szenario“, erklärt Pauldrach. „Denn diese Geschwindigkeit spiegelt ziemlich genau das Tempo der Winde von Roten Riesen wider.“

Insgesamt unterstützen die Daten damit die Modelle, wonach der Weiße Zwerg wie eine Art gigantischer Staubsauger Masse von einem Roten Riesen aufnimmt. „Uns gelang zum ersten Mal ein direkter und eindeutiger Nachweis des Materials, das das System vor der Explosion umgab“, so Pauldrach. „Zu klären ist nun aber noch, ob SN 2006X eine Ausnahme für Supernovae vom Typ Ia war oder die Regel repräsentiert. Wir vermuten aber, dass keine Anomalie vorliegt, weil die Explosion keine ungewöhnlichen Merkmale aufwies. Allerdings werden nur weiter führende Untersuchungen unsere Ergebnisse bestätigen können.“

Publikation:
„Detection of circumstellar material in a normal Type Ia Supernova“, F. Patat, P. Chandra, R. Chevalier, S. Justham, Ph. Podsiadlowski, C. Wolf, A. Gal-Yam, L. Pasquini, I.A. Crawford, P.A. Mazzali, A.W.A. Pauldrach, K. Nomoto, S. Benetti, E. Cappellaro, N. Elias-Rosa, W. Hillebrandt, D.C. Leonard, A. Pastorello, A. Renzini, F. Sabbadin, J.D. Simon, M. Turatto, Science Express, 12. Juli 2007

Ansprechpartner:
Professor Dr. Adalbert Pauldrach
Institut für Astronomie und Astrophysik der LMU
Tel.: 089-2180-6021
Fax: 089-2180-6003
E-Mail: uh10107@usm.uni-muenchen.de

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