Sterne explodieren asymmetrisch

Beobachtung des Supernova-Überrests Cassiopeia A liefert Hinweise auf den Verlauf der Explosion

Pasadena (USA) - Sterne mit mehr als der achtfachen Masse unserer Sonne vergehen am Ende ihres Lebens als Supernova. Wie diese Explosion genau abläuft, ist jedoch bislang unklar. Beobachtungen des Supernova-Überrests Cassiopeia A durch ein internationales Forscherteam erlauben nun einen Blick in das Innere des explodierten Sterns. Die Messungen mit dem US-amerikanischen Weltraum-Röntgenteleskop NuSTAR zeigen, dass das radioaktive Element Titan-44 stark asymmetrisch verteilt ist. Demnach müsse auch die Explosion asymmetrisch abgelaufen sein, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Die Verteilung von Titan-44 zeigt uns unmittelbar die Asymmetrie der Explosion, denn das Isotop entsteht an der Grenzschicht des kollabierenden Kerns“, schreiben Brian Grefenstette vom California Institute of Technology im kalifornischen Pasadena und seine Kollegen. Sterne gewinnen ihre Energie durch Kernfusion, also durch die sukzessive Verschmelzung von Wasserstoff zu immer schwereren Elementen. Bei Eisen-56 endet dieser Prozess – die Verschmelzung zu schwereren Atomkernen erzeugt keine Energie mehr. Deshalb bricht der Stern im Inneren zusammen – die Astrophysiker sprechen von einem „Kernkollaps“, während eine Stoßwelle die Außenschichten des sterbenden Sterns ins All hinaus schleudert.

Computersimulationen zeigen allerdings, dass der Teufel im Detail steckt: Die tatsächliche Zündung der Explosion ist alles andere als trivial. Nur starke Abweichungen von der Kugelsymmetrie führen zu einem Erfolg. Die Ursache dieser Asymmetrie ist allerdings unklar. Die Erklärungsansätze reichen von „konvektiven Instabilitäten“ – einer Art starkem Brodeln am Rand des kollabierenden Kerns – bis zu einer schnellen Rotation des Vorgängersterns. Diese führt zu einer „bipolaren“ Explosion, bei der die Materie bevorzugt entlang der Rotationsachse herausgeschleudert wird.

Grefenstette und seinen Kollegen ist es nun erstmals gelungen, die Verteilung von Titan-44 bei einem Supernova-Überrest zu messen. Cassiopeia-A ist 11.000 Lichtjahre von uns entfernt und hat einen Durchmesser von etwa zehn Lichtjahren. Von der Erde aus gesehen ist der Stern vermutlich im Jahr 1680 explodiert. Aus dieser Zeit liegen aber keine Beobachtungen einer Supernova vor, da das Ereignis verborgen hinter dichten Gas- und Staubwolken stattfand. Die Messungen des Teams mit den Detektoren von NuSTAR zeigen, dass das Titan-44 in Cassiopeia ungleichmäßig verteilt ist – aber nicht so ungleichmäßig, wie es im Falle einer bipolaren Explosion zu erwarten wäre. „Die beobachtete Verteilung schließt eine symmetrische Explosion ebenso aus wie eine hochgradig asymmetrische bipolare Explosion“, so die Forscher. „Stattdessen finden wir starke Indizien für konvektive Instabilitäten bei Kernkollaps-Supernovae“.

Bildquelle: Nasa/JPL/Caltech

Autor: Rainer KayserE-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!