Blau, extrem massereich und sehr heiß: Astronomen haben zum ersten Mal den Vorgängerstern einer Supernova des Typs 1c ausfindig gemacht – dem Kernkollaps eines Sterns ohne seine Hülle aus Wasserstoff und Helium. Obwohl diese Supernova bei 20 Prozent der massereichen Sterne auftritt, rätseln Astronomen schon seit 20 Jahren darüber, wie der Vorgängerstern dieser Explosion aussieht. Jetzt haben sie erstmals Aufnahmen eines solchen Typ 1c-Vorgängers entdeckt. Wie genau er aussieht, bleibt jedoch vorerst rätselhaft.
Wenn massereiche Sterne das Ende ihres Lebenszyklus erreicht haben, explodieren sie in einer Supernova. Weiße Zwerge in einem Doppelsternsystem enden dabei als Supernova Typ 1a. Die meisten anderen Sterne durchleben jedoch einen Kernkollaps, aus dem ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch entsteht. In einigen Fällen jedoch verliert der Stern vor der Explosion seine äußere Hülle aus Wasserstoff und Helium – Astronomen bezeichnen dies dann als Supernova des Typs 1c.
Fahndung nach dem Vorgängerstern
„Die Typ-1c-Supernovas ereignen sich bei den massereichsten Sternen“, sagt Erstautor Schuyler Van Dyk vom California Institute of Technology in Pasadena. „Aber Astronomen haben seit 20 Jahren vergeblich versucht, den Vorgänger einer solchen Supernova zu finden.“ Das Problem: Viele dieser Sternexplosionen waren zu weit entfernt oder ereigneten sich inmitten von hellen Sternhaufen, was ihre viel lichtschwächeren Vorgängersterne von uns aus nahezu unsichtbar machte.
Doch im Jahr 2017 kam den Astronomen ein glücklicher Zufall zu Hilfe: Wieder beobachtete ein Teleskop eine Supernova des Typs 1c. Diesmal jedoch lag sie „nur“ 65 Millionen Lichtjahre entfernt in einer nahen Spiralgalaxie. Um den Vorgänger zu finden, durchsuchten die Forscher nun die Archive des Hubble-Weltraumteleskops nach Aufnahmen dieser Himmelsregion. Ihre Hoffnung: Vielleicht hatte das Teleskop den Vorgängerstern ja einige Jahre vor der Supernova aufgenommen.
Heißer, blauer Vorgänger-Kandidat
Tatsächlich wurden sie fündig: In einer Hubble-Aufnahme aus dem Jahr 2007 entdeckten sie ein helles, bläulich leuchtendes Objekt, das an genau der Stelle lag, an der später die Sternexplosion geschah. „Das ist das erste Mal, das ein Vorgänger-Kandidat für eine Supernova Typ 1c identifiziert worden ist“, sagt Van Dyk. „Ihn zu finden, ist sozusagen der Hauptpreis einer solchen Suche.“
Bestätigt wurde ihre Entdeckung durch ein zweites Forscherteam um Charles Kilpatrick von der University of California in Santa Cruz. Sie waren von Infrarotaufnahmen des Keck-Observatoriums auf Hawaii ausgegangen, um Lage und mögliche Eigenschaften der Supernova und damit des Vorgängersterns einzugrenzen. „Die extrem hochauflösenden Keck-Aufnahmen ermöglichten es uns, den Ort der Explosion mit hoher Präzision zu bestimmen“, so Kilpatrick. Auch sie wurden dann bei den gleichen Hubble-Aufnahmen fündig.
Einzelstern oder schwergewichtiges Doppel?
Allerdings: Um was es sich bei dem heißen, blauen Objekt genau handelt, ist bisher unklar. Den spektralen Merkmalen und stellaren Modellen nach könnte der Vorgänger ein extrem massereicher Stern von 45 bis 55 Sonnenmassen sein. Seine Hülle aus Wasserstoff und Helium müsste er dann durch den starken Sternenwind umliegender Sterne verloren haben – was angesichts einer dichtbevölkerten Umgebung durchaus möglich wäre, wie die Forscher erklären.
Möglich wäre aber auch ein ungewöhnlich massereiches Doppelsternsystem, bei dem der größere Partner 60 bis 80 Sonnenmassen wiegt, der kleinere rund 48 Sonnenmassen. In diesem Szenario verliert der größere Stern seine Hülle durch den Schwerkrafteinfluss seines ihn eng umkreisenden Partners. Ein Doppelsternsystem aus zwei so schweren Partnern widerspricht allerdings den meisten gängigen Modellen.
Welches Szenario stimmt?
„Wir waren überrascht, wie massereich dieser Vorgänger zu sein scheint“, sagt Van Dyk. „Und vor allem erstaunte uns die Möglichkeit, dass ein so massereiches Doppelsternsystem diese Supernova hervorgebracht haben könnte.“ Denn auch wenn neuere Modelle durchaus Doppelsterne als Urheber solcher Explosionen sehen, gehen sie von viel masseärmeren Systemen aus, wie die Astronomen erklären.
„Wenn wir herausfinden, welches dieser beiden Szenarien für die Supernova Typ 1c stimmt, wird dies unser Verständnis der Sternbildung und stellaren Entwicklung entscheidend beeinflussen“, erklärt Koautorin Ori Fox vom Space Telescope Science Institute in Baltimore. „Und das sind Fragen, die nicht nur Supernova-Forscher beschäftigen, sondern alle Astronomen.“ Bisher ist jedoch nicht einmal ausgeschlossen, dass das helle, blauleuchtende Objekt in Wirklichkeit eine Sternengruppe ist, in der sich der eigentliche Vorgänger versteckt.
Lösung des Rätsels in den kommenden Jahren
Wer wirklich hinter der Supernova Typ1c steckt, könnte sich aber in den kommenden Jahren klären. Denn nachdem nun die Position des Vorgänger-Kandidaten klar ist, wollen die Astronomen den Ort der Explosion im Auge behalten. Denn das Nachglühen der Explosion wird im Laufe der Zeit schwächer und gibt dann den Blick frei auf das, was bei der Supernova übrigblieb.
„Ein wichtiger Test wird sein, in ein paar Jahren, wenn die Supernova verblasst ist, diesen Ort mit dem Hubble-Teleskop oder dem James Webb Weltraumteleskop weiter zu beobachten“, sagen die Forscher. „Wenn die Doppelstern-Modelle korrekt sind, müsste ein heller Begleitstern noch immer am Ort der Supernova sichtbar sein.“ (The Astrophysical Journal, 2018; a href=“https://doi.org/10.3847/1538-4357/aac32c“ target=“_blank“> doi: 10.3847/1538-4357/aac32c)
(Keck Observatory, Caltech, NASA, 16.11.2018 – NPO)
