Ein internationales Astronomenteam unter Leitung der University of Birmingham hat eine Supernova identifiziert, die mindestens doppelt so hell und energiereich und wahrscheinlich viel gewaltiger als jede bislang aufgezeichnete Supernova war.
Das Team, zu dem Experten der Harvard University, der Northwestern University und der Ohio University gehören, vermutet, dass die Supernova namens SN 2016aps ein Beispiel für eine extrem seltene Pulsationspaarinstabilitäts-Supernova sein könnte. Eine solche Supernova entsteht, wenn zwei massereiche Sterne vor der Explosion miteinander verschmelzen. Die Ergebnisse des Teams wurden am 13. April 2020 im Journal Nature Astronomy veröffentlicht. Ein solches Ereignis existierte bislang nur in der Theorie und wurde bisher noch nie durch astronomische Beobachtungen bestätigt.
Dr. Matt Nicholl von der School of Physics and Astronomy und dem Institute of Gravitational Wave Astronomy an der University of Birmingham ist der Hauptautor der Studie. “Wir können Supernovae mit zwei Parametern messen: der Gesamtenergie der Explosion und der Menge der Energie, die als beobachtbares Licht oder Strahlung emittiert wird”, erklärte er.
“Bei einer typischen Supernova beträgt die Strahlung weniger als ein Prozent der Gesamtenergie. Aber bei SN 2016aps stellten wir fest, dass die Strahlungsmenge dem Fünffachen der Explosionsenergie einer normalen Supernova entsprach. Das ist die größte Lichtmenge, die wir bisher bei einer Supernova beobachtet haben”, ergänzte er.
Um so hell zu werden, muss die Explosion viel energiereicher gewesen sein als normal. Durch die Untersuchung des Lichtspektrums konnte da Team zeigen, dass die Explosion durch eine Kollision zwischen der Supernova und einer massereichen Gashülle versorgt wurde, die von dem Stern in den Jahren vor dessen Explosion abgestoßen wurde.
“Obwohl jede Nacht viele Supernovae entdeckt werden, die meisten davon in massereichen Galaxien, sticht diese besonders für Nachfolgebeobachtungen heraus, weil sie scheinbar mitten im Nichts stattfand. Wir konnten die Heimatgalaxie dieses Sterns nicht sehen, bevor sich das Licht der Supernova abgeschwächt hatte”, sagte Dr. Peter Blanchard von der Northwestern University, ein Co-Autor der Studie.
Das Team beobachtete die Explosion zwei Jahre lang, bis sie sich bis auf ein Prozent ihrer Spitzenhelligkeit abschwächte. Mit diesen Messungen berechneten die Forscher die Masse der Supernova auf 50-100 Sonnenmassen. Normale Supernovae liegen im Bereich zwischen acht und 15 Sonnenmassen.
“Sterne mit extrem großen Massen erfahren vor ihrem Tod gewaltige Pulsationen und werfen eine gigantische Gashülle ab. Das kann durch einen als Paarinstabilität bezeichneten Prozess ausgelöst werden, der in den letzten 50 Jahren ein spekulatives Thema für Physiker war”, sagte Dr. Nicholl. “Wenn der Zeitpunkt der Supernova stimmt, kann sie diese Hülle einholen und bei der Kollision eine riesige Energiemenge freisetzen. Wir vermuten, dass dies einer der überzeugendsten bislang beobachteten Kandidaten für diesen Prozess ist und wahrscheinlich der massereichste.”
“SN 2016aps enthielt noch ein anderes Rätsel”, sagte Dr. Nicholl. “Das von uns registrierte Gas war hauptsächlich Wasserstoff, aber ein solch massereicher Stern hätte normalerweise all seinen Wasserstoff durch Sternwinde verloren, lange vor Beginn der Pulsationen. Eine Erklärung dafür ist, dass zwei weniger massereiche Sterne von rund 60 Sonnenmassen vor der Explosion miteinander verschmolzen. Der masseärmere Stern behielt seinen Wasserstoff für längere Zeit, während ihre kombinierte Masse hoch genug war, um die Paarinstabilität auszulösen.”
“Die Entdeckung dieser außergewöhnlichen Supernova hätte zu keinem besseren Zeitpunkt kommen können”, sagte Professor Edo Berger, ein Co-Autor von der Harvard University. “Jetzt da wir wissen, dass so energiereiche Explosionen in der Natur vorkommen, wird das neue James Webb Space Telescope der NASA imstande sein, ähnliche Ereignisse in so großen Entfernungen zu sehen, dass wir bis zu dem Tod der allerersten Sterne im Universums in die Zeit zurückblicken können.”
Die Supernova SN 2016aps wurde erstmals in Daten des Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) entdeckt, einem umfassenden astronomischen Himmelsdurchmusterungsprogramm. Das Team nutzte außerdem Daten des Weltraumteleskops Hubble und der Keck- und Gemini-Observatorien auf Hawaii, sowie der MDM- und MMT-Observatorien in Arizona. Andere Einrichtungen, die zu der Studie beitrugen, waren die Stockholm University, die Copenhagen University, das California Institute of Technology und das Space Telescope Science Institute.
Die Forschungsarbeit wurde mit einem Forschungsstipendium der Royal Astronomical Society und Fördermitteln der National Science Foundation, der NASA und des Horizon 2020 European Union Framework finanziert.
(THK)
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