Forscher haben festgestellt, dass Weiße Zwerge mit Massen nahe der maximalen stabilen Masse (der Chandrasekhar-Grenze) wahrscheinlich große Mengen Mangan, Eisen und Nickel produzieren, wenn sie einen anderen Stern umkreisen und als Typ-Ia-Supernova explodieren.
Eine Typ-Ia-Supernova ist eine thermonukleare Explosion eines kohlenstoff-sauerstoffreichen Weißen Zwergs in einem Doppelsternsystem, wo er und ein Begleitstern sich gegenseitig umkreisen. Im Universum sind Typ-Ia-Supernova die Hauptproduktionsstätten für Mangan, Eisen, Nickel und einige mittelschwere Elemente wie Silizium und Schwefel.
Allerdings sind die Wissenschaftler heute uneins darüber, welche Art von Doppelsternsystem einen Weißen Zwerg zur Explosion bringt. Darüber hinaus haben umfangreiche Beobachtungen kürzlich eine große Vielfalt an Produkten der Nukleosynthese bei Typ-Ia-Supernovae und ihren Überresten offenbart, insbesondere bei der Menge an Mangan, stabilem Nickel und den radioaktiven Isotopen 56Nickel und 57Nickel. Die Nukleosynthese ist die Bildung neuer Atomkerne aus den vorhandenen Atomkernen in dem Stern aufgrund der Kernfusion.
Um den Ursprung dieser Vielfalt zu ergründen, führten der Projektwissenschaftler Shing-Chi Leung und der Seniorwissenschaftler Ken’ichi Nomoto vom Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Simulationen mit dem bislang genauesten Modell für die multidimensionale Hydrodynamik von Typ-Ia-Supernovae durch. Sie untersuchten, wie die Muster der chemischen Häufigkeit und die Bildung neuer Atomkerne aus existierenden Nukleonen von den Eigenschaften der Weißen Zwerge und ihrer Vorläufer abhängen.
“Der wichtigste und einzigartige Teil dieser Studie ist, dass dies die bislang umfangreichste Untersuchung der Parameter im Parameterraum der Typ-Ia-Supernova mit Weißen Zwergen der Chandrasekhar-Grenze ist”, sagte Leung.
Ein besonders interessanter Fall war der Supernova-Überrest 3C 397, der sich rund 18.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraßen-Galaxie befindet. Seine Häufigkeitsverhältnisse von stabilem Mangan zu Eisen und Nickel zu Eisen waren zweimal beziehungsweise viermal so groß wie bei der Sonne. Leung und Nomoto stellten fest, dass die Häufigkeitsverhältnisse zwischen Mangan, Eisen und Nickel empfindlich gegenüber den Massen und der Metallizität der Weißen Zwerge sind. Die Metallizität beschreibt, wie häufig Elemente vorkommen, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Die bei 3C 397 gemessenen Werte können erklärt werden, wenn der Weiße Zwerg eine Masse nahe der Chandrasekhar-Grenze und eine hohe Metallizität besitzt.
Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass der Supernova-Überrest 3C 397 nicht die Folge einer Explosion eines Weißen Zwergs mit einer relativ geringen Masse gewesen sein könnte. Der Weiße Zwerg sollte außerdem eine Metallizität gehabt haben, die höher als die der Sonne war – im Gegensatz zu den Nachbarsternen, die typischerweise eine geringere Metallizität aufweisen.
Die Studie liefert wichtige Anhaltspunkte für die kontroverse Diskussion, ob die Masse des Weißen Zwergs nahe an der Chandrasekhar-Grenze oder darunter liegt, wenn er als Typ-Ia-Supernova explodiert.
Die Ergebnisse werden für zukünftige Untersuchungen der chemischen Entwicklung von Galaxien hinsichtlich eines breiteren Spektrums der Metallizität nützlich sein und Forscher anspornen, supersolare Metallizitätsmodelle einzubeziehen.
Leung sagte, der nächste Schritt dieser Studie bestehe in weiteren Überprüfungen ihres Modells mit mehr Beobachtungsdaten und darin, es auf eine andere Unterklasse der Typ-Ia-Supernovae auszuweiten.
(THK)
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