Erstmals haben Forscher eine Supernova – die Explosion eines sterbenden Sterns – im Labor nachgebildet. Das Experiment sollte dabei vor allem klären, wie sich die Explosion ausbreitet und welche Rolle Schwerkraft und Auftrieb dafür spielen. Sichtbar machten die Wissenschaftler dies nicht in einer Miniatur-Explosion, sondern mit Hilfe einer chemischen Kettenreaktion.
In einer Typ-1a Supernova beginnt die Explosion mit einem Flammenball tief im Inneren eines Weißen Zwergs. Dieser Explosionsball ist sehr viel leichter als seine Umgebung, so dass er schnell aufsteigt und sich nach außen hin ausbreitet. Er erzeugt dabei eine Explosionswolke, die von einem sich beschleunigenden Wirbelring gekrönt ist. Wie genau dies vonstatten geht und welche Strömungen und Materiebewegungen dabei auftreten, ist bisher jedoch unbekannt.
Sternenexplosion im Miniaturformat
„Es ist extrem schwer, das Innere eines Sterns zu beobachten, der Lichtjahre entfernt von hier explodiert“, erklärt Stephen Morris von der Universität von Toronto. Gemeinsam mit Kollegen der Rutgers Universität entwickelten Michael Rogers und Morris daher ein Experiment, mit dem sich das Geschehen im Inneren eines solchen sterbenden Sterns im Miniformat nachbilden lässt. „Wir erzeugten eine kleinere Version dieses Prozesses, indem wir eine spezielle chemische Reaktion in einem geschlossenen Behältnis auslösten, die ähnliche Eruptionsfahnen und Wirbelringe erzeugt“, so der Forscher. „Dieses Experiment ist ein Fenster in die komplexen Strömungsbewegungen, die ein solches Ereignis begleiten.“
Kettenreaktion erzeugt „Explosionswolke“
In einem senkrecht stehenden Versuchszylinder mit Glyzerin ließen die Forscher eine sich autokatalytisch selbst anregende chemische Reaktion ablaufen, die so genannte Iodat-Arsensäure-Reaktion. Die am Grund des Zylinders ausgelöste Reaktion erzeugt einer Art Eruptionswolke, die allmählich nach oben hin wächst. „Eine der interessanten dynamischen Eigenschaften dabei ist, dass sich die beschleunigende Spitze der Wolke in einigen Fällen von dem aufströmenden Gemisch ablöst“, beschreiben die Wissenschaftler die Reaktion.
Die wachsende Reaktionswolke schnürt dabei nach oben hin teilweise sogar mehrere Wirbelringe ab – ähnlich wie Rauchringe aus einer Zigarre oder puffenden Dampfmaschine. Die Besonderheit daran: die Wirbelringe beschleunigen und steigen auf, obwohl von unten keine Flüssigkeit zugegeben oder extern eine Strömung erzeugt wird.
Auftrieb durch Reaktion erzeugt
„Eine Supernova ist ein dramatisches Beispiel für eine Kettenreaktion, in der Schwerkraft und Auftriebskräfte wichtige Faktoren sind“, erklärt Rogers, der Hauptautor der Studie. „Wir wollten feststellen, wie die Strömungsbewegungen in einer solchen selbstanregenden chemischen Reaktion aussehen.“ Das Ergebnis des Experiments wird demnächst in der Fachzeitschrift „Physics Review E“ veröffentlicht.
Das Experiment zeigt deutlich, dass der Auftrieb durch die Reaktion selbst verursacht wird und erlaubt so auch Rückschlüsse auf das Verhalten der Materie in einem explodierenden Stern. Auch hier lassen sich als Relikte einer Supernova oft Ringe ausgestoßenen Materials beobachten. „Die Studie solcher Explosionen in Sternen ist entscheidend für das Verständnis der Größe und Evolution unseres Universums“, erklärt Morris.
(University of Toronto, 06.12.2010 – NPO)
