Neuer Entstehungsweg für Supernovae Typ Ia bestätigt

Santa Barbara (USA) – Supernovae des Typs Ia helfen Astronomen dabei, den Abstand zu weit entfernten Galaxien zu bestimmen, da diese Art von Sternexplosion stets die gleiche Helligkeit hat. In den vergangenen Jahren hatten Forscher allerdings gezeigt, dass es doch Schwankungen geben kann: Eine große Zahl der Ia-Supernovae werden offenbar durch den Zusammenstoß Weißer Zwerge ausgelöst. Die Massen der Sternenüberreste bestimmt dabei, wie hell die Explosion ist. Nun hat ein Team von Wissenschaftlern bestätigt, dass vor einer Supernovae Typ Ia bereits kleinere Explosionen stattfinden können. Die Ergebnisse haben unter anderem Auswirkungen auf die Untersuchung der Dunklen Energie, schreiben die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Science “

Galaxie zwischen anderen Galaxien im Kosmos. Auf dem rechten Bild ist ein hell strahlender, bläulicher Punkt in einem der Seitenarme zu sehen, der auf dem linken Bild fehlt.
Galaxie mit Supernova

Ben Dilday und seine Kollegen von der University of California in Santa Barabara beobachteten über mehrere Monate die Supernova PTF 11kx in einer 600 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Wie bei vielen Supernovae des Typs Ia umkreiste hier vor der Supernovaexplosion ein Weißer Zwerg einen Roten Riesen und zog so lange Materie von ihm ab, bis der Weiße Zwerg eine kritische Massegrenze überschritt und explodierte. Weil dabei im Inneren des Sterns eine selbstverstärkende Kernreaktion stattfindet, werden Ereignisse dieses Typs auch thermonukleare Supernovae genannt.

Die Untersuchungen von PTF 11kx zeigten, dass die Supernova von Gas umgeben war, ein Teil davon bestand aus Wasserstoff. Solche Gaswolken waren bereits bei anderen Sternexplosionen des gleichen Typs beobachtet worden, Astronomen hatten diskutiert, ob sie von vorigen Novae-Ausbrüchen stammten. Mit Nova bezeichnet man den starken Helligkeitsanstieg eines solchen Sterns, weil auf der Oberfläche des Weißen Zwerges das Material nuklear zündet und fusioniert. Den Weißen Zwerg zerstört dieses Wasserstoffbrennen an der Oberfläche allerdings nicht. Bisher konnte die Verbindung zwischen umgebendem Gas und Nova nicht zweifelsfrei bestätigt werden.

Bei PTF 11kx fanden Dilday und sein Team jedoch eindeutige Hinweise. Sie stellten fest, dass sich das Gas zu langsam bewegte, um von der Supernova selbst zu stammen, aber auch zu schnell, um ein typischer Sternenwind zu sein. Außerdem war die Geschwindigkeit im Inneren der Wolke höher als in den äußeren Schichten. Das passte zu den Berechnungen der Astronomen, denen zufolge das Gas durch eine Nova aus der Hülle des Weißen Zwergs herausgeschleudert und dann abgebremst wurde, als es auf die Winde um den Roten Riesen traf. Dabei verlangsamte sich die Geschwindigkeit der äußeren Schicht stärker als die der inneren. Zwei Monate nach der Supernova konnten die Wissenschaftler beobachten, wie das Material aus der großen Explosion mit dem Gas aus den vorigen Nova-Phase kollidierte. Damit belegten sie, dass sich das Gas tatsächlich in der Nähe der Supernova befand.

Künstlerische Darstellung, der Weiße Zwerg ist ein hell leuchtender Punkt, er ist deutlich kleiner aber auch deutlich heller als der Rote Riese daneben. Er bestrahlt die rötlichen Gaswolken, die ihn umgeben.
System aus Weißem Zwerg und Rotem Riesen

Die Forscher haben damit Berechnungen widerlegt, die auf Beobachtungen ähnlicher Sternsysteme in der Milchstraße basierten. Demnach sollte ein Weißer Zwerg durch Novae mehr Masse verlieren, als er von dem Roten Riesen bezieht, und somit nicht die kritische Masse für eine Supernova Ia erreichen. „Es ist eine große Überraschung, das thermonukleare Supernovae , die so ähnlich erscheinen, durch verschiedene Arten von Sternen entstehen“, sagt Andy Howell, der ebenfalls zum Team aus Santa Barbara gehörte. Die Astronomen schätzen, dass bei 10 bis 20 Prozent aller Supernovae ein solcher Prozess zwischen einem Weißem Zwerg und seinem Begleitstern stattfindet. Damit ist dieser Vorgang seltener als die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge als Auslöser der Explosion. Wie oft die verschiedenen Entstehungspfade vorkommen, müsse in Zukunft noch genauer bestimmt werden, so die Forscher. Denn nur dann könne über weite Entfernungsmessungen die Expansion des Universums und damit die Wirkung der Dunklen Energie, welche die Expansion beschleunigt, zuverlässig untersucht werden. „Wir denken nicht, dass unsere Ergebnisse die Existenz der Dunklen Energie in Frage stellen“, erklärt Dilday. „Aber sie zeigen, dass wenn wir Fortschritte im Verständnis der Dunklen Energie machen wollen, wir Supernovae besser verstehen müssen.“