Eine Gruppe Astrophysiker, darunter Forscher des Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT), hat die Erzeugung radioaktiven Cobalts bei einer Supernova-Explosion registriert, was einer dazu passenden Theorie über Supernova-Explosionen Gewicht verleiht. Einzelheiten werden im Rahmen einer Abhandlung im Journal Nature genannt, einer der angesehensten wissenschaftlichen Publikationen der Welt.
Der Hauptautor des Artikels, Yevgeny Churazov vom Space Research Institute der Russischen Akademie der Wissenschaften, und seine Co-Autoren, darunter Sergei Sazonov vom Space Research Institute und dem MIPT, berichten darin über ihre Analyse von Daten, die mit dem INTEGRAL-Gammateleskop gesammelt wurden. Sie verwendeten diese Daten, um das radioaktive Isotop Cobalt-56 (56Co) nachzuweisen.
Das Isotop 56Co besitzt eine Halbwertszeit von nur 77 Tagen und existiert nicht unter normalen Bedingungen. Während der gigantischen thermonuklearen Explosion in einer Supernova wird dieses kurzlebige, radioaktive Isotop jedoch in großen Mengen produziert.
Strahlendes Cobalt wurde in der Supernova SN 2014J registriert, etwa elf Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Astrophysiker hatten bis dato keine vergleichbaren Spektren erhalten. Der Grund dafür war die Seltenheit der Explosionen in solch einer Entfernung: Elf Millionen Lichtjahre sind ein großer Wert im galaktischen Maßstab (der Durchmesser einer Galaxie liegt bei rund 100.000 Lichtjahren, die Distanz zwischen den Sternen beträgt ein paar Lichtjahre), aber im intergalaktischen Maßstab betrachtet, ist es eine relativ kurze Distanz. Im Radius von zehn Millionen Lichtjahren gibt es mehrere hundert Galaxien. Supernovae mit Explosionen wie dieser (Typ-Ia-Supernova) finden in einer Galaxie nur einmal alle paar Jahrhunderte statt. Beispielsweise explodierte die letzte Typ-Ia-Supernova in der Milchstraßen-Galaxie im Jahr 1604.
SN 2014J wurde am 21. Januar 2014 von dem Astronomen Steve Fossey und einer Gruppe Studenten des University College London in der Galaxie M82 entdeckt. Fossey gab die Entdeckung bekannt und mehrere Observatorien, darunter auch das Weltraumteleskop INTEGRAL, begannen umgehend mit den Beobachtungen. Russische Wissenschaftler verbrachten eine Million Sekunden ihres Kontingents an Teleskopzeit mit INTEGRAL, um die Supernova zu untersuchen. Neben den Spektren erhielten sie Daten darüber, wie sich die Strahlungshelligkeit mit der Zeit veränderte.
Einer zuvor entwickelten Theorie nach strahlen die Überreste eines Sterns während einer Explosion in den ersten paar Dutzend Tagen nur wenig im Gammabereich. Die Hülle des Sterns blockiert Strahlung in diesem Bereich des Spektrums. Eine Supernova beginnt mit der Emission von Gammastrahlen erst, wenn sich die äußere Hülle genügend zerstreut hat. Bis dahin zerfällt radioaktives Nickel-56 mit einer Halbwertszeit von zehn Tagen, das während der Explosion synthetisiert wurde, zu radioaktivem Cobalt-56, dessen Spektrallinien von den Forschern registriert wurden.
Die Kernaussage der Spektralanalyse bleibt unverändert, unabhängig von der Natur der Strahlung. Für Licht, Röntgenstrahlen und sogar Radiowellen zeichnen Wissenschaftler zunächst einen Spektralgrafen, der die Beziehung zwischen Intensität und Frequenz beschreibt (oder zwischen Intensität und Wellenlänge, da die Wellenlänge umgekehrt proportional zur Frequenz ist).
Die Form des Grafen deutet auf die Natur der Strahlungsquelle hin und welche Umgebung die Strahlung durchquert hat. Spektrallinien, scharfe Spitzen in solchen Grafen, entsprechen bestimmten Ereignissen wie der Emission oder Absorption von Quanten durch Atome bei dem Übergang von einem Energiezustand in einen anderen.
Während der Erzeugung hatte Cobalt-56 einen Überschuss an Energie, der in Form von Gammastrahlen mit Energien bei 847 Kiloelektronenvolt und 1.237 Kiloelektronenvolt abgegeben wird. Andere Isotope erzeugten Strahlung mit anderen Energien und konnten deshalb nicht mit Cobalt-56 verwechselt werden. Die von dem INTEGRAL-Teleskop gesammelten Daten erlaubten den Forschern auch festzustellen, wie viel radioaktives Cobalt bei der Explosion emittiert wurde: das Äquivalent zu ungefähr 60 Prozent der Sonnenmasse.
Mit der Zeit zerfällt Cobalt-56 zu dem häufigsten Eisenisotop, Eisen-56 (56Fe). Eisen-56 ist das häufigste Eisenisotop, weil es bei Supernova-Explosionen aus Nickel entstehen kann (Nickel zerfällt zu Cobalt und Cobalt zerfällt zu Eisen). Daher stützen die neuen Ergebnisse Simulationen von Supernova-Explosionen und bestätigen außerdem, dass unser Planet aus Materie besteht, die thermonukleare Explosionen astronomischen Ausmaßes erfahren hat.
Quelle: http://mipt.ru/en/news/astrophysicists_report_radioactive_cobalt_in_supernova_explosion
(THK)
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