Supernova-Simulation in zwei Dimensionen

Computersimulationen erlauben einen Blick in das Innere explodierender Sterne - und zeigen, wie Neutrinos eine Supernova anfeuern

Simulierte Sternexplosion
Simulierte Sternexplosion

Garching - Massereiche Sterne beenden ihr Leben mit einem großen Knall: Während ihr Inneres zu einem Neutronenstern oder zu einem Schwarzen Loch kollabiert, werden ihre äußeren Schichten explosionsartig ins Weltall abgestoßen. Zwei deutschen Astrophysikern gelang es jetzt erstmalig, diesen Prozess bei Sternen mit mehr als der zehnfachen Sonnenmasse in Computersimulationen detailliert nachzuvollziehen. Turbulenzen spielen bei der Explosion eine bislang unterschätzte Rolle, schreiben die Forscher in ihrer demnächst im Fachblatt "Astrophysical Journal" erscheinenden Arbeit.

"Unsere Untersuchungen an zweidimensionalen Computermodellen bedeuten eine wichtigen Fortschritt im Verständnis, wie massereiche Sterne explodieren", erklärt Hans-Thomas Janka vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching. Die Rechnungen, die Janka gemeinsam mit seinem Kollegen Andreas Marek durchgeführt hat, nahmen über zehn Millionen Prozessorstunden an mehreren Hochleistungsrechnern in Anspruch.

Beim Kollaps des Sterns bildet sich zunächst im Zentrum ein Neutronenstern. Eine wichtige Rolle spielen die dabei frei werdenden Neutrinos: Sie heizen die äußeren Schichten des sterbenden Sterns auf und lösen so die eigentliche Explosion aus. Das Problem: Bislang funktioniert dieses Modell nur bei Sternen bis zur zehnfachen Sonnenmasse - darüber kommt die Neutrinoheizung nach kurzer Zeit im dichten Kernmaterial zum Stillstand.

Die Simulationen von Marek und Janka zeigen nun, dass hydrodynamische Instabilitäten eine wichtige Rolle beim Ablauf der Sternexplosion spielen. Sie sorgen dafür, dass die Explosionsfront heftig hin und her schwingt und sich dabei immer weiter ausbeult. Dadurch ist die Materie den hochenergetischen Neutrinos länger als bislang vermutet ausgesetzt, was eine deutlich höhere Energieübertragung ermöglicht und so der Explosion den nötigen Schwung verleihen kann.