Drei Supernovae auf einen Streich

Dreifach-Schockwelle: Astronomen haben erstmals drei ineinander geschachtelte Supernova-Überreste entdeckt. Die sich ausbreitenden Schockwellen aus glühendem Gas bilden ein Muster aus konzentrischen Kreisen – stammen aber nicht aus einer Sternexplosion. Stattdessen entstanden sie durch den Tod dreier nahe benachbarter Sterne im Abstand von mehreren zehntausend Jahren. Seltsam dabei: Die Masse dieser Supernova-Relikte ist deutlich höher als sie normalerweise sein dürfte.

Die Explosion eines massereichen Sterns in einer Supernova gehört zu den dramatischsten Ereignissen im Kosmos. Die Explosion setzt so viel Energie frei, dass der Stern für kurze Zeit heller aufleuchten kann als eine ganze Galaxie. Sogar extrem energiereiche Gammablitze kann eine Supernova aussenden.

Das bei der Supernova ausgeschleuderte Sternenmaterial breitet sich mit bis zu einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit aus. Trifft es mit diesem Tempo auf interstellares Gas, entstehen schalenförmige Schockwellen aus leuchtender Materie und Plasma – die oft bunt leuchtenden Supernova-Überreste.

Konzentrische Ringe in der Sternwiege

Erstmals haben nun Artemi Camps-Fariña und seine Kollegen vom Astrophysikalischen Institut der Kanaren gleich drei solcher Supernova-Relikte entdeckt – ineinander geschachtelt wie eine russische Matroschka-Puppe. Sie liegen in der rund drei Millionen Lichtjahre von uns entfernten Galaxie M33. Die Astronomen hatten die Gasverteilung in einer Sternenwiege dieser Galaxie mit Hilfe des Spektrographen am 4,2 Meter-Teleskop des Observatoriums von La Palma beobachtet.

Die Aufnahmen zeigen, dass der äußere Ring dieser Supernova-Relikte gut 140 Lichtjahre groß ist, der mittlere gut 100 und der innerste hat einen Durchmesser von rund 80 Lichtjahren. Wie die Forscher ermittelten, sind die drei Ringe unterschiedlich alt: Ihr Alter rangiert von 114.000 Jahren beim größten Ring bis zu nur 21.000 Jahren beim kleinsten. Auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der glühenden Gase nimmt von innen nach außen ab.

Drei Sternexplosionen hintereinander

Das aber bedeutet, dass es sich nicht um die Schockwellen nur einer Supernova handeln kann. Stattdessen stammen die drei konzentrischen Materieringe wahrscheinlich von drei verschiedenen Sternexplosionen, so Camps-Fariña und seine Kollegen. Gerade in Sternenwiegen, in denen massereiche, kurzlebige Sterne entstehen, können sich häufiger mehrere Supernovae in einer Nachbarschaft ereignen.

Der Krebsnebel, ein Supernova-Überrest, zeigt, wie unregelmäßig Explosionen im All ablaufen können. © NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

Allerdings: Dass drei Supernova-Schockwellen sich so symmetrisch ineinanderfügen und konzentrische Ringe bilden, wurde bisher noch nie beobachtet, wie die Astronomen erklären. Häufiger entstehen eher unregelmäßig geformte „Superblasen“, die Lücken in das normalerweise dichte Gas der Sternenwiegen reißen.

Zu viel Material für einen Stern

Spannend auch: Als die Astronomen die Masse in den drei Supernova-Relikten bestimmten, kamen sie auf überraschend hohe Werte. Während der kleinste Ring mit rund 50 Sonnenmassen nur knapp über dem für eine Supernova denkbaren Bereich liegt, beinhalten die beiden äußeren Ringe jeweils Materie von bis zu knapp 350 Sonnenmassen.

Woher aber kommt dieses Material? Im Allgemeinen stoßen explodierende Sterne nur Material etwa bis zum Zehnfachen der Sonnenmasse aus. Wenn dann schon die erste Sternexplosion in diesem Gebiet das interstellare Gas mit ihrer Schockwelle aufgeheizt und mitgerissen hat, dürfte für die nachfolgenden Supernovae eigentlich kaum mehr etwas übrigbleiben.

Klumpen im interstellaren Gas

Die Antwort muss, so schlussfolgern die Astronomen, im interstellaren Medium liegen. „Dieses Medium ist offenbar nicht gleichförmig verteilt, sondern bildet dichte Gasklumpen, umgeben von weniger dichtem Material“, erklärt Camps-Fariña. „Die erste Supernova reißt dann nur Gas aus den Außenbereichen dieser Klumpen mit sich, so dass genügend dichtes Gas übrigbleibt, um auch die zweite und dritte Supernova-Schockwelle zu bilden.“

Die Idee solcher Klumpen im interstellaren Gas ist nicht neu. Aber das jetzt entdeckte Dreifach- Supernova-Relikt bestätigt dies nun und liefert wertvolle Informationen darüber, wie dicht die Klumpen sein müssen und wie die Bildung einer Schockwelle unter diesen Bedingungen abläuft, so die Astronomen. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2016; doi: 10.1093/mnrasl/slw106)

(Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), 18.07.2016 – NPO)