Eine Supernova, die von einer internationalen Astronomengruppe entdeckt wurde, bietet einen beispiellosen Einblick in die ersten Momente einer gewaltigen stellaren Explosion. Die Gruppe, zu der auch Tom Holoien und Maria Drout von der Carnegie Institution for Science gehörten, wurde von Ben Shappee von der University of Hawaii geleitet. Das Licht von den ersten Stunden dieser Explosion zeigte ein unerwartetes Muster. Anthony Piro von der Carnegie Institution analysierte es und stellte fest, dass der Ursprung dieses Phänomens sogar noch rätselhafter ist als zuvor angenommen.
Die Ergebnisse werden in drei Abhandlungen beschrieben, die im Astrophysical Journal und in den Astrophysical Journal Letters erschienen. (Siehe hier, hier und hier.)
Supernovae des Typs Ia sind essenziell für unser Verständnis des Universums. Ihre nuklearen Brennöfen sind entscheidend für die Erzeugung vieler der Elemente um uns herum, und sie werden als kosmische Entfernungsmesser verwendet, um Distanzen im Universum zu bestimmen. Trotz ihrer Bedeutung blieb der genaue Mechanismus, der eine Supernova-Explosion des Typs Ia auslöst, jahrzehntelang im Dunkeln. Darum ist es wichtig sie zu beobachten, wenn sie gerade stattfinden.
In der Hoffnung herauszufinden, wie diese Phänomene ausgelöst werden, haben Astronomen lange versucht, detaillierte Daten zu den ersten Momenten dieser Explosionen zu bekommen. Das geschah endlich im Februar dieses Jahres mit der Entdeckung einer Typ-Ia-Supernova namens ASASSN-12bt (auch bekannt als SN 2018oh).
ASASSN-18bt wurde vom All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) entdeckt, einem internationalen Teleskopnetzwerk mit Hauptsitz an der Ohio State University, das den Himmel regelmäßig nach Supernovae und anderen kosmischen Explosionen absucht. Gleichzeitig war das NASA-Weltraumteleskop Kepler in der Lage, ergänzende Daten zu diesem Ereignis zu liefern. Kepler wurde entworfen, um bei seiner Suche nach Exoplaneten unglaublich empfindlich für kleine Helligkeitsveränderungen zu sein. Deshalb konnte es besonders detailreiche Informationen über den Ursprung der Explosion sammeln.
“ASASSN-18bt ist die nächstgelegene und hellste Supernova, die jemals von Kepler beobachtet wurde, daher bot sie eine ausgezeichnete Möglichkeit, um die vorherrschenden Theorien zur Entstehung von Supernovae zu überprüfen”, sagte Shappee, der Hauptautor der Studie zur Entdeckung und der frühen Lichtkurve und ehemaliger Mitarbeiter der Carnegie Institution. Durch die Kombination der Daten von ASAS-SN, Kepler und Teleskopen auf der ganzen Welt erkannten die Astronomen, dass ASASSN-18bt während ihrer ersten paar Tage ungewöhnlich aussah.
“Viele Supernovae zeigen einen langsamen Anstieg in ihren Lichtkurven”, sagte Drout, die auch an der University of Toronto tätig ist. “Aber bei diesem Ereignis konnte man deutlich sehen, dass in der frühen Phase etwas Ungewöhnliches und Aufregendes passiert: eine unerwartete, zusätzliche Emission.”
Typ-Ia-Supernovae entstammen der thermonuklearen Explosion eines Weißen Zwergs. Dabei handelt es sich um den toten Kern eines sonnenähnlichen Sterns, der seinen nuklearen Brennstoff aufgebraucht hat. Um die Explosion auszulösen, muss Materie von einem Begleitstern auf den Weißen Zwerg übertragen werden, aber die Natur des Begleitsterns und die Art und Weise des Materietransports waren lange Gegenstand intensiver Debatten.
Eine Möglichkeit besagt, dass dieses zusätzliche Licht, das während der frühen Phase der Supernova registriert wurde, von der Kollision des explodierenden Weißen Zwergs mit dem Begleitstern stammen könnte. Obwohl dies die ursprüngliche Hypothese war, demonstrierten Vergleiche mit Piros theoretischer Simulationsarbeit, dass dieses zusätzliche Licht einen anderen, ungeklärten Ursprung haben könnte.
“Obwohl der steile Anstieg in der frühen Helligkeit von ASASSN-18bt dafür sprechen könnte, dass die Explosion mit einem anderen Stern kollidiert, passen unsere Nachfolgedaten nicht zu den Vorhersagen dessen, wie das aussehen sollte”, sagte Holoien. “Andere Möglichkeiten, beispielsweise eine ungewöhnliche Verteilung von radioaktiver Materie in dem explodierten Stern, sind eine bessere Erklärung für das, was wir sahen. Weitere Beobachtungen von ASASSN-18bt und mehr frühe Entdeckungen wie diese werden uns hoffentlich helfen, zwischen verschiedenen Modellen zu differenzieren und den Ursprung dieser Explosionen besser zu verstehen.”
“Die Natur findet immer neue Wege, um uns zu überraschen, und einzigartige Beobachtungen wie diese sind großartig, um für neue kreative Ansätze zu motivieren, wie wir über diese Explosionen denken”, sagte Piro. “Als Theoretiker an den Carnegie Observatories ist es hilfreich und inspirierend, den Beobachtern nahe zu sein, die diese wichtigen Messungen vornehmen.”
Das untermauert eine Hypothese, die in einer kürzlichen Arbeit des Carnegie Supernova Project unter Leitung von Maximilian Stritzinger von der Aarhus University vorangetrieben wurde. Sie besagt, dass es zwei verschiedene Populationen von Typ-Ia-Supernovae geben könnte: welche mit frühen Emissionen und welche, die keine solchen Emissionen zeigen.
Dank ASAS-SN und der nächsten Generation von Himmelsdurchmusterungsprogrammen, die jetzt jede Nacht den Himmel überwachen, werden Astronomen noch mehr neue Supernovae finden und sie im Moment der Explosion aufnehmen. Wenn weitere dieser Ereignisse gefunden und untersucht werden, werden sie hoffentlich auf die Lösung des lange bestehenden Rätsels um den Ursprung dieser stellaren Explosionen hinweisen.
(THK)
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