Sterne explodieren asymmetrisch

Gaswolke mit filamentartiger Struktur vor Sternenhintergund.
Der Supernova-Überrest Cassiopeia A

Sterne mit mehr als der achtfachen Masse unserer Sonne explodieren am Ende ihrer Entwicklung als Supernova. Wie diese Explosion genau abläuft, ist bislang jedoch 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 Weltraumteleskop 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. Infolgedessen fällt der Stern im Inneren zusammen – Astrophysiker sprechen von einem Kernkollaps –, während eine Stoßwelle die Außenschichten des Sterns ins All hinausschleudert.

Satellit vor Sternenhintergrund. Der Satellit besteht aus zwei durch einen Gittermast verbundenen Teilen. Am linken Teil befindet sich ein Sonnenpaddel, am rechten Teil sind zwei Öffnungen des Teleskops erkennbar.
Weltraumteleskop Nustar

Computersimulationen zeigen allerdings, dass die tatsächliche Zündung der Explosion alles andere als trivial ist. Nur starke Abweichungen von der Kugelsymmetrie führen zum 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 des Röntgenteleskops Nustar zeigen, dass das Titan-44 in Cassiopeia ungleichmäßig verteilt ist – aber nicht so ungleichmäßig, wie es im Fall 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“.