Supernova verblüfft Astronomen

Überraschend anders: Astronomen ist es erstmals gelungen, eine Supernova Typ 1a in ihrem Anfangsstadium zu erwischen. Sie konnten die Explosion eines Weißen Zwergs fast von Beginn an mitverfolgen – und entdeckten dabei Unerwartetes. Denn es kam nach einigen Tagen zu einem abrupten Helligkeitsanstieg, der mit gängigen Modellen nur schwer zu erklären ist. Woher diese Zusatzstrahlung kommt, ist daher bislang rätselhaft.

Eine Supernova Typ 1a ereignet sich, wenn ein Weißer Zwerg einem stellaren Begleiter so viel Material abgesaugt hat, dass seine Masse eine kritische Grenze überschreitet. Die darauf folgende Explosion kann in kurzer Zeit so viel Energie und Strahlung freisetzen wie eine ganze Galaxie. Weil aus der Lichtkurve und Rotverschiebung dieser Supernovae ihre Entfernung ermittelt werden kann, dienen diese Sternexplosionen den Astronomen als wichtige Entfernungsmesser und „Standardkerzen“. Auch die beschleunigte Ausdehnung des Universums wurde mithilfe dieser Supernovae entdeckt.

Rätsel des Auslösers

Doch so wichtig diese Supernovae Typ 1a auch sind – eines blieb bisher rätselhaft: wie diese stellaren Explosionen ausgelöst werden und was in ihren ersten Momenten geschieht. Denn eine solche Supernova auf frischer Tat und in ihren ersten Minuten und Stunden zu beobachten, war bisher nicht gelungen. Astronomischen Modellen zufolge kommen jedoch zwei Szenarien in Betracht: Eine Wechselwirkung zweier Weißer Zwerge oder aber eines Weißen Zwergs mit einem normalen Stern.

Jetzt ist es einem internationalen Astronomenteam gelungen, endlich eine Supernova Typ 1a im Frühstadium zu erwischen. Möglich wurde dies dank des NASA-Weltraumteleskops Kepler, das in den letzten Wochen vor seinem endgültigen Abschalten gezielt für die Fahndung nach diesen Sternenexplosionen eingesetzt wurde. Mit Erfolg: Im Februar 2018 detektierte das Teleskop bei einem knapp 160 Millionen Lichtjahre entfernten Stern das verräterische Aufleuchten.

Auf frischer „Tat“ ertappt

Mit Erfolg: Im Februar 2018 hat das Kepler-Teleskop bei einem knapp 160 Millionen Lichtjahre entfernten Stern das verräterische Aufleuchten einer Supernova detektiert. „Die Supernova ASASSN-18bt ist die nächste und hellste Supernova, die Kepler je beobachtet hat“, berichtet Ben Shappee von der University of Hawaii. „Sie eröffnet uns jetzt eine exzellente Chance, die Theorien zur Supernova-Entstehung zu überprüfen.“

Den Astromomen gelang es, mithilfe von Kepler und weiteren erdbasierten Teleskopen, die Lichtkurve der Sternexplosion fast von Beginn an mitzuverfolgen. „Mit diesen kombinierten Daten haben wir das erreicht, worauf wir gehofft hatten: Wir haben den Anfang vom Ende eines Sterns miterlebt“, sagt Brad Tucker von der Australian National University.

Merkwürdiger Helligkeitsschub

Das Ungewöhnliche jedoch: Statt gleichmäßig an Helligkeit zuzunehmen und dann wieder abzuflauen, verhielt sich dieser explodierende Weiße Zwerg anders. Einige Tage nach dem ersten Aufleuchten nahm die Leuchtkraft noch einmal sprunghaft zu. „Man konnte klar sehen, dass hier etwas Ungewöhnliches und Aufregendes passierte – eine unerwartete zusätzliche Strahlungsemission“, erklärt Maria Drout von der Carnegie Institution für Science.

Simulation von Supernova-Schockwellen, die den Begleitstern treffen. Als Folge entsteht ein Loch in den Ejekta und ein Überschuss blauen Lichts in der Lichtkurve. © Berkely/LBNL, Dan Kasen

Was diesen abrupten Helligkeitsschub verursacht hat, ist bisher unklar. „Es könnte sein, dass die Schockwelle des explodierenden Weißen Zwergs seinen Begleitstern getroffen hat“, sagt Tucker. Dadurch könnte auch bei diesem Stern eine Explosion ausgelöst worden sein. „Das würde einen extrem heißen und hellen Halo erzeugen, der die zusätzliche Leuchtkraft erklären könnte.“

Ursache noch unklar

Doch einige Parameter im Lichtspektrum passen nicht zu diesem Szenario, wie Spektralanalysen ergaben. Demnach kann dieses zusätzliche Licht nicht von einem wasserstoffreichen Begleiter stammen, aber auch ein Heliumstern erscheine eher unwahrscheinlich: „Ein Heliumstern als Begleiter wäre zu klein, um den großen Überschuss an blauem Licht am Anfang der Supernova zu erklären“, konstatieren die Forscher.

Die Beobachtungsdaten könnten nach Ansicht der Astronomen auch auf eine interne Ursache hindeuten: „Andere Möglichkeiten wie eine ungewöhnliche Verteilung radioaktiver Elemente im explodierten Stern sind eine bessere Erklärung für das, was wir da gesehen haben“, meint Tom Holoien von der Carnegie Institution. „Weitere Beobachtungen dieser Supernova und die Entdeckung weiterer Supernovae Typ 1a in diesem frühen Zustand könnten uns helfen, die Ursprünge dieser Explosionen besser zu verstehen.“ (Astrophysical Journal, Astrophysical Journal Letters, in press)

Quelle: Carnegie Institution, Las Cumbres Observatory, Australian National University