Kosmische Extrem-Lichtquelle gibt Rätsel auf

Nur 15 Kilometer groß, aber 20 Mal heller als die gesamte Milchstraße: Eine neuentdeckte kosmische Lichtquelle lässt Astronomen rätseln. Könnte es sich um eine außergewöhnlich helle Sternenexplosion handeln? Wenn ja, wäre dies die mit Abstand leuchtstärkste Supernova, die je beobachtet wurde, wie die Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten. Noch aber ist können sie über die wahre Natur dieses kosmischen Leuchtfeuers und seine Energiequelle nur spekulieren.

Hat ein massereicher Stern seinen Fusionsbrennstoff aufgebracht, explodiert er in einer Supernova – er leuchtet am Himmel plötzlich besonders hell auf. Im Extremfall kann eine solche Sternenexplosion sogar extrem energiereiche Gammablitze erzeugen. Auch Weiße Zwerge, die von nahen Sternenpartnern zu viel Materie abgesaugt haben, können zur Supernova werden. So weit, so bekannt.

Doch was Subo Dong vom Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics in Peking und seine Kollegen am 14. Juni 2015 entdeckt haben, passt in keine der bekannten Supernova-Kategorien. Sie beobachteten im Rahmen des All Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), einem Projekt, das mit einem weltweiten Netzwerk aus zusammengekoppelten automatischen Teleskopen nach Sternenexplosionen sucht, das Aufleuchten einer außergewöhnlich hellen Lichtquelle am Himmel.

So hell wie 570 Milliarden Sonnen

Zunächst war nicht klar, aus welcher Entfernung dieser helle Lichtpunkt strahlt. Denn normalerweise kann das ASAS-SN nur Supernovae und ihre Heimatgalaxien bis zu etwa 350 Millionen Lichtjahren Entfernung aufspüren. „Erst als wir höher aufgelöste Spektren erhielten, wurde mir klar, wie weit entfernt die Wirtsgalaxie des Objekts liegt und wie hell diese Supernova sein muss“, sagt Nidia Morell von der Carnegie Institution in Washington.

Die Lichtquelle ASASSN-15lh in einer Aufnahme des Las Cumbres Observatory Global Telescope Network. © Dark Energy Survey/ B. Shappee/ ASAS-SN Team

Denn wie sich zeigte, liegt die Lichtquelle rund 3,8 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Trotzdem aber überstrahlt sie selbst nahe Supernovae bei weitem. Sie leuchtet so hell wie 570 Milliarden Sonnen und 200 Mal heller als die klassischen Supernovae, wie die Forscher berichten. Obwohl dieses Objekt wahrscheinlich kaum größer ist als 15 Kilometer, gibt es 20 Mal mehr Licht ab als alle Sterne der Milchstraße zusammen.

Ist es eine Extrem-Supernova?

Worum aber handelte es sich bei dieser ASASSN-15lh getauften Lichtquelle? Theoretisch könnte es sich um eine Hypernova oder superleuchtstarke Supernova handeln, so die Astronomen. Diese extremen Sternenexplosionen wurden erst vor wenigen Jahren nachgewiesen und treten typischerweise in eher leuchtschwachen Zwerggalaxien mit anhaltender Sternbildung auf.

Wie diese Extrem-Supernovae zeigt auch ASASSN-15lh ein Lichtspektrum, in dem die charakteristischen Signaturen von Wasserstoff und Helium fehlen, wie Dong und seine Kollegen berichten. Aber andere Parameter passen weniger gut ins Bild. So ist die neuentdeckte Lichtquelle doppelt so hell wie jede bekannte Hypernova. Zudem scheint sie aus einer Galaxie zu kommen, die sogar heller ist als unsere Milchstraße, aber keine Anzeichen für eine aktive Sternbildung aufweist.

Lichtkurve von ASASSN-15l (schwarz) und anderen Supernovae zum Vergleich. © ASAS-SN Team

Millisekunden-Magnetar als Energielieferant?

„Die ehrliche Antwort ist, dass wir im Moment nicht wissen, was die Energiequelle für ASASSN-15lh sein könnte“, sagt Dong. Und diese muss angesichts der enormen Leuchtkraft gewaltig sein. Sollte es sich jedoch um eine neue Klasse von superhellen Supernovae handeln, dann wäre ASASSN-15lh die mit Abstand hellste Sternexplosion, die jemals beobachtet worden ist, wie die Forscher betonen.

Theoretisch könnte eine Supernova solche Lichtstärken erreichen – aber nur, wenn bei der Sternexplosion ein sogenannter Millisekunden-Magnetar entsteht. Magnetare sind Neutronensterne mit einem extrem starken Magnetfeld. Ihre Rotation löst Veränderungen in den Magnetfeldlinien aus, die zu Strahlenausbrüchen mit hoher Energie führen – nach gängiger Theorie bis hin zu Gammablitzen.

„Wenn es wirklich ein Magnetar sein sollte, dann muss die Natur aber alles, was wir über diese Sterne zu wissen glauben, nochmal potenziert haben“, sagt Koautor Krzysztof Stanek von der Ohio State University. Denn um so viel Licht abzugeben, müsste der Magnetar mindestens tausendmal pro Sekunde rotieren und die Energie dieser Rotation mit 100-prozentiger Effizienz in Strahlung umwandeln. Ob das überhaupt möglich ist, bleibt offen.

Oder doch ein schwarzes Loch?

Es gäbe aber noch eine andere Erklärung für das kosmische Leuchtfeuer: Sollte die Lichtquelle im Zentrum seiner Galaxie sitzen, könnte es sich auch um ein supermassereiches Schwarzes Loch handeln. Allerdings müsste dann ein ungewöhnlicher Prozess dafür sorgen, dass sein unmittelbares Umfeld so große Lichtmengen abgibt.

„Das Licht müsste dann durch ein komplett neues Ereignis erzeugt werden“, sagt Christopher Kochanek von der Ohio State University. „Für das Zentrum einer Galaxie wäre das etwas bisher Unbekanntes.“ Wie die Umgebung von ASASSN-15lh aussieht, könnte demnächst das Weltraumteleskop Hubble klären helfen. Denn seine leistungsfähigen Sensoren sollen noch in diesem Jahr die ungewöhnliche Lichtquelle und ihr Umfeld näher in Augenschein nehmen. Auf die Ergebnisse darf man gespannt sein. (Science, 2016; doi: 10.1126/science.aac9613)

(Ohio State University/ Carnegie Institition / Science, 15.01.2016 – NPO)