NuSTAR gibt Aufschluss über die “Chamäleon-Supernova” SN 2014C

Chandra-Aufnahme der Spiralgalaxie NGC 7331. Rote, grüne und blaue Farben markieren Röntgenstrahlung von geringer, mittlerer beziehungsweise hoher Energie. Die Box kennzeichnet die Position der Supernova SN 2014C. (Credit: NASA / CXC / CIERA / R.Margutti et al.)
Chandra-Aufnahme der Spiralgalaxie NGC 7331. Rote, grüne und blaue Farben markieren Röntgenstrahlung von geringer, mittlerer beziehungsweise hoher Energie. Die Box kennzeichnet die Position der Supernova SN 2014C. (Credit: NASA / CXC / CIERA / R.Margutti et al.)

“Wir sind aus Sternenstaub gemacht”, sagte einst der Astronom Carl Sagan. Kernreaktionen, die in alten Sternen stattfanden, schufen einen Großteil der Materie, aus der unsere Körper, unser Planet und unser Sonnensystem besteht. Wenn Sterne in gewaltigen Supernovae explodieren und sterben, entweichen diese neu gebildeten Elemente und verbreiten sich im Universum.

Besonders eine Supernova fordert die von Astronomen erstellten Modelle heraus, wie explodierende Sterne ihre Elemente verbreiten. Die Supernova SN 2014C änderte im Laufe eines Jahres ihr Erscheinungsbild dramatisch, weil sie spät in ihrem Ablauf viel Materie abgestoßen hatte. Das passt zu keiner bekannten Kategorie dessen, wie eine stellare Explosion ablaufen sollte. Um das zu erklären, müssen Wissenschaftler etablierte Theorien über das Leben massereicher Sterne vor ihrer Explosion neu überdenken.

“Diese ‘Chamäleon-Supernova’ könnte einen neuen Mechanismus darstellen, wie massereiche Sterne die in ihren Kernen erschaffenen Elemente in den Rest des Universums abgeben”, sagte Raffaella Margutti, Assistenzprofessorin für Physik und Astronomie an der Northwestern University in Evanston (Illinois). Margutti leitete eine Studie über die Supernova SN 2014C, die diese Woche im Astrophysical Journal erschien.

Ein Supernova-Rätsel

Astronomen klassifizieren explodierende Sterne [unter anderem] auf der Basis, ob bei dem Ereignis Wasserstoff präsent ist oder nicht. Obwohl Sterne ihre Existenz mit der Fusion von Wasserstoff zu Helium beginnen, haben große Sterne, die sich ihrem Ende als Supernova nähern, den Wasserstoff als Brennstoff verbraucht. Supernovae, bei denen sehr wenig Wasserstoff präsent ist, gehören zum “Typ I”. Diejenigen mit viel Wasserstoff sind seltener und werden dem “Typ II” zugeordnet.

Aber SN 2014C, entdeckt im Jahr 2014 in einer 36-46 Millionen Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie, ist anders. Durch die Beobachtung der Supernova mit verschiedenen bodengestützten Teleskopen in optischen Wellenlängen schlussfolgerten Astronomen, dass SN 2014C sich von einer Typ-I-Supernova in einer Typ-II-Supernova verwandelte, nachdem ihr Kern kollabierte. Das geht aus einer Studie aus dem Jahr 2015 hervor, die von Dan Milisavljevic vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge (Massachusetts) geleitet wurde. Erste Beobachtungen registrierten keinen Wasserstoff, aber nach etwa einem Jahr war klar, dass Schockwellen, die von der Explosion ausgingen, auf eine Hülle aus wasserstoffdominierter Materie außerhalb des Sterns trafen.

Für die neue Studie griffen die Wissenschaftler auf den NASA-Satelliten NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) zurück. Mit seiner einzigartigen Fähigkeit zur Beobachtung von harter Röntgenstrahlung (den energiereichsten Röntgenstrahlen) konnten die Wissenschaftler verfolgen, wie die Temperatur der von der Supernova-Schockwelle beschleunigten Elektronen sich mit der Zeit veränderte. Sie nutzten diese Messungen, um zu schätzen, wie schnell die Supernova expandierte und wie viel Materie in der externen Hülle vorhanden ist.

Um diese Hülle zu erschaffen, tat SN 2014C etwas wirklich Rätselhaftes: Jahrzehnte bis Jahrhunderte vor der Explosion stieß sie eine Menge Materie ab – hauptsächlich Wasserstoff, aber auch schwerere Elemente. Der Stern verlor tatsächlich das Äquivalent einer Sonnenmasse. Normalerweise stoßen massereiche Sterne so spät in ihrem Leben keine Materie ab.

“Das Abstoßen dieser Materie so spät im Leben ist wahrscheinlich eine Möglichkeit, wie Sterne die während ihrer Lebenszeit produzierten Elemente wieder zurück in ihre Umgebung abgeben”, sagte Margutti, ein Mitglied des Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics an der Northwestern University.

Die NASA-Weltraumteleskope Chandra und Swift wurden ebenfalls verwendet, um das Bild von der Entwicklung dieser Supernova zu vervollständigen. Die Observatorien zeigten, dass die Supernova nach der anfänglichen Explosion überraschenderweise im Röntgenbereich heller wurde. Das demonstrierte, dass es dort eine Materiehülle geben muss, auf die die Schockwellen getroffen waren und die zuvor von dem Stern abgestoßen wurde.

Diese Aufnahme des Sloan Digital Sky Survey zeigt die Spiralgalaxie NGC 7331 in sichtbaren Wellenlängen. In den Kästchen sind Aufnahmen der Supernova SN 2014C im Röntgenlicht zu sehen. (Credits: X-ray images: NASA / CXC / CIERA / R.Margutti et al; Optical image: SDSS)
Diese Aufnahme des Sloan Digital Sky Survey zeigt die Spiralgalaxie NGC 7331 in sichtbaren Wellenlängen. In den Kästchen sind Aufnahmen der Supernova SN 2014C im Röntgenlicht zu sehen. (Credits: X-ray images: NASA / CXC / CIERA / R.Margutti et al; Optical image: SDSS)

Existierende Theorien herausfordern

Warum stieß der Stern vor seiner Explosion so viel Wasserstoff ab? Eine Theorie besagt, dass in unserem Verständnis der Kernreaktionen in den Kernen massereicher Supernova-Vorläufersterne etwas fehlt. Eine andere Möglichkeit ist, dass der Stern nicht allein starb: Ein Begleitstern in einem Doppelsternsystem könnte das Leben und den ungewöhnlichen Tod des Vorläufers von SN 2014C beeinflusst haben. Diese zweite Theorie stimmt mit der Beobachtung überein, dass etwa sieben von zehn massereichen Sternen Begleiter besitzen.

Die Studie lässt darauf schließen, dass Astronomen dem Leben massereicher Sterne in den Jahrhunderten vor ihrer Explosion Aufmerksamkeit schenken sollten. Astronomen werden auch weiterhin die Nachwirkungen dieser verblüffenden Supernova überwachen.

“Die Vorstellung, dass ein Stern eine derart große Menge Materie in einem kurzen Zeitraum abstoßen konnte, ist völlig neu”, sagte Fiona Harrison, die leitende NuSTAR-Wissenschaftlerin vom Caltech in Pasadena. “Es fordert unsere grundlegenden Theorien über die Entwicklung massereicher Sterne und deren Explosion heraus, bei der die für Leben notwendigen Elemente verbreitet werden.”

NuSTAR ist eine vom Caltech geleitete und vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) für das Science Mission Directorate der NASA in Washington betriebene Small Explorer Mission. NuSTAR wurde in Zusammenarbeit mit der Danish Technical University und der Italian Space Agency (ASI) entwickelt. Der Satellit wurde von Orbital Sciences Corp. In Dulles (Virginia) gebaut. Das Operationszentrum der NuSTAR-Mission hat seinen Sitz an der UC Berkeley, und das offizielle Datenarchiv befindet sich am High Energy Astrophysics Science Archive Research Center der NASA. Die ASI stellt die Bodenstation und ein Spiegelarchiv zur Verfügung. Das JPL wird vom Caltech für die NASA betrieben.

Quelle

(THK)

Werbung

Ersten Kommentar schreiben

Antworten

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.


*