Gescheiterte Explosionen: Warum manche Supernovae anders sind

Chicago (USA) - Supernovae des Typs Ia gelten unter Astronomen als “Standardkerzen”: Ein strenger Zusammenhang zwischen dem zeitlichen Verlauf der Explosion und ihrer maximalen Helligkeit ermöglicht es den Forschern, den Kosmos mithilfe der sterbenden Sterne zu vermessen. Doch hin und wieder fällt eine Supernova dieses Typs völlig aus dem Rahmen und zeigt nur ein Zehntel oder gar ein Hundertstel der üblichen Helligkeit. Aufwändige Computersimulationen zeigen nun, warum: Die Explosion dieser Sterne scheitert, weil sich die Kernfusion zu schnell in ihnen ausbreitet. Amerikanische Wissenschaftler berichten im Fachblatt „Astrophysical Journal Letters“ über die Ergebnisse der Simulationen.

„In den Sternen zündet eine normale Fusionsflamme und diese brennt auch“, erläutert George Jordan von der University of Chicago, „aber sie löst keine Detonation aus, die sich als Welle durch den Stern ausbreitet.“ Supernovae des Typs Ia sind Weiße Zwerge – ausgebrannte Sterne, die langsam abkühlen – in einem Doppelsystem. Von ihrem Partnerstern ziehen sie so lange Materie ab, bis sie eine kritische Grenzmasse überschreiten. Dann zündet im Inneren der Weißen Zwerge erneut ein Kernfusions-Prozess. Die Fusionsflamme brennt sich rasant durch den Stern hindurch, bis schließlich brennende Materie die Oberfläche durchbricht. Die herausbrechende Materie umhüllt den Weißen Zwerg und löst eine thermonukleare Explosion aus, die den Stern zerreißt.

Die Simulationen von Jordan und seinen Kollegen zeigen erstmalig, warum es bei einigen weißen Zwergen nicht zu dieser Explosion kommt: Wenn die Fusion im Inneren des Weißen Zwergs an mehreren Punkten gleichzeitig startet, verläuft sie zu schnell. „Das zusätzliche Brennen führt zu einer stärkeren Aufblähung des Sterns“, sagt Daniel van Rossum, der ebenfalls an der University of Chicago tätig ist. „Dadurch reichen Temperatur und Druck nicht aus, um die Auslösung einer Detonation zu erlauben.“

Da bei diesen verhinderten Explosionen die ausgebrochene Materie wieder auf den Weißen Zwerg zurückfällt, reichert er sich mit schweren Elementen wie Kalzium, Titan und Eisen an. „Ich hatte nie etwas von solchen seltsamen Weißen Zwergen gehört“, sagt Hagai Perets vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge. Doch bei einer Literatur-Recherche stieß er auf mehrere Berichte über Weiße Zwerge mit ungewöhnlichen Eigenschaften, die sich durch den erhöhten Anteil an schweren Elementen erklären lassen. Das neue Modell liefert auch eine Erklärung für bislang rätselhafte Weiße Zwerge, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen: Der asymmetrische Ausbruch der Fusionsflamme aus dem Stern verleiht diesem einen Stoß, der ihn aus dem Doppelsystem heraus katapultieren kann. „Es kommt selten vor, dass ein neues Modell so viele Vorhersagen macht und zugleich so viele scheinbar nicht zusammenhängende Rätsel löst“, so Perets.

Bildquelle: Brad Gallagher, George Jordan/Flash Center for Computational Science