Supernovae sind spektakuläre Erscheinungen: Plötzlich flammt irgendwo am Firmament ein „neuer Stern“ auf und leuchtet so hell wie eine ganze Galaxie aus Milliarden einzelner Sterne. Hinter solchen kosmischen Katastrophen stecken unterschiedliche Mechanismen. Jetzt haben Forscher mit Computersimulationen bewiesen, dass einige leuchtstarke Supernovae durch die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge zünden – kompakte, massereiche Sterne am Ende ihres Lebens.
Da diese Supernovae zur Entfernungsbestimmung und zur Untersuchung der Expansion des Universums dienen, spielt die Frage nach den Abläufen bei diesen Explosionen eine zentrale Rolle, schreiben die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching in der aktuellen Ausgabe von „Nature“.
Wenn Sterne unter Brennstoffmangel leiden
Sterne mittlerer Masse wie unsere Sonne werden am Ende ihres Lebens zu weiß strahlenden Zwergsternen, die aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen. Der stellare Fusionsreaktor im Innern ist wegen Brennstoffmangels nicht mehr in Betrieb. Die Sterne sind nur noch so groß wie die Erde, besitzen aber eine hohe Dichte. Ein Teelöffel voll Materie würde auf unserem Planeten so viel wiegen wie ein Mittelklassewagen.
In einem Doppelsternsystem können gleich zwei dieser exotischen Weißen Zwerge entstehen. Während sie einander umkreisen, strahlen sie Gravitationswellen ab. Der daraus resultierende Energieverlust führt zu immer engeren Umlaufbahnen – bis sich die beiden Partner immer weiter annähern und schließlich miteinander verschmelzen. Man nimmt schon lange Zeit an, dass daraus so genannte Supernova-Explosionen vom Typ Ia resultieren können.
Verschmelzung von Weißen Zwergen simuliert
Ein Forscherteam, das sich am Garchinger Max-Planck-Institut für Astrophysik mit Supernovae beschäftigt, hat nun die Verschmelzung von Weißen Zwergen mit bisher unerreichter Detailfülle am Computer nachgestellt. Falls die beiden Zwerge gleich große Massen haben, läuft die Verschmelzung besonders heftig ab: Ein Teil der Materie des einen Sterns prallt auf den anderen und heizt das Kohlenstoff-Sauerstoff-Gemisch dermaßen auf, dass eine thermonukleare Explosion gezündet wird – die Sterne werden gesprengt und explodieren als Supernova.
„Mit diesen detaillierten Simulationen konnten wir Daten vorhersagen, die sehr gut mit tatsächlichen, am Teleskop gewonnenen Beobachtungen von Supernovae des Typs Ia übereinstimmen“, erklärt Friedrich Röpke vom Supernova-Team. Offenbar tragen in der Natur also verschmelzende Weiße Zwerge zu Supernovae des Typs Ia bei, auch wenn solche Prozesse wahrscheinlich nicht alle diese Explosionen erklären können.
Rätsel teilweise gelöst
„Supernovae gehören zu den hellsten Explosionen, die wir im Kosmos beobachten“, sagt Wolfgang Hillebrandt vom Max-Planck-Institut für Astrophysik und Mitautor des Artikels in Nature. „Wie sie entstehen, bleibt aber eine ungelöste Frage. Mit unseren Simulationen konnten wir nun das Rätsel um die Vorläufer von Supernovae des Typs Ia teilweise lösen.“
Weitere Unterstützung erhält die These, dass Supernovae des Typs Ia aus der Verschmelzung von Weißen Zwergen entstehen, von einer anderen Gruppe am Garchinger Institut.
In einer Studie, die ebenfalls bald in Nature erscheinen wird, zeigen die Forscher, dass der Großteil der beobachteten Supernovae nicht etwa dadurch erklärt werden kann, dass der weiße Zwergstern Materie von einem umlaufenden normalen Stern akkreditiert – wie das bisher angenommen wurde. Die einzige Alternative besteht derzeit in der Verschmelzung von zwei Weißen Zwergen.
(Max-Planck-Gesellschaft, 07.01.2010 – DLO)
