Sternexplosionen bringen Astronomen durcheinander

Sie sind ein wichtiges Werkzeug der Kosmologie: Supernovae des Typs Ia dienen Astronomen als sogenannte Standardkerzen bei der Vermessung des Universums. Doch welcher Prozess bei einer solchen Supernova zur Explosion des Sterns führt, ist bislang unklar. Zwei Szenarien konkurrieren miteinander – und zwei Studien haben nun sich widersprechende Hinweise geliefert, welches Szenario korrekt ist. Während die erste Untersuchung einen Hinweis auf einen zweiten, sonnenähnlichen Stern liefert, findet die zweite kein Indiz für einen solchen Begleiter. Die vermeintlich einheitlichen Sternexplosionen könnten demnach doch unterschiedliche Ursachen haben, so die Forscher im Fachblatt „Nature“.

Großer runder Himmelskörper, in dem ein kleinerer, andersfarbiger Körper sitzt, Hintergrund der Illustration sind Sterne am dunklen Nachthimmel.
Simulierte Supernova

„Die Beobachtungen zeigen zunächst einmal, dass wir Supernovae des Typs Ia in einem sehr frühen Stadium aufspüren können“, sagt Daniel Kasen von der University of California in Berkeley. „Nun müssen wir eine große Anzahl solcher Objekte sammeln, um zu lernen, wie die unterschiedlichen Explosionswege die Eigenschaften der Supernovae beeinflussen.“ Denn das ist von großer Bedeutung für die Kosmologen. Die Vermessung von Supernovae des Typs Ia hat zwar in den 1990er-Jahren zu der – später mit dem Physiknobelpreis ausgezeichneten – Entdeckung der beschleunigten Expansion des Kosmos geführt. Doch die physikalischen Eigenschaften der geheimnisvollen Dunklen Energie, die diese Expansion antreibt, lassen sich nur ergründen, wenn auch die Physik der Standardkerzen mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist.

Sicher sind sich Astronomen bislang aber nur, dass die thermonukleare Explosion eines Weißen Zwergsterns in einem Doppelsystem zum Aufleuchten einer Supernova führt. Im sogenannten zweifach entarteten Szenario ist auch der Begleiter ein Weißer Zwerg. Die beiden Zwergsterne kollidieren miteinander und werden durch die Explosion zerstört. Im „einfach entarteten Szenario“ ist der Begleiter dagegen ein normaler, sonnenähnlicher Stern oder ein Riesenstern. Gas strömt vom großen Begleiter auf den Zwergstern und führt dort schließlich zu der vernichtenden Explosion.

Für dieses zweite Szenario hat Kasen 2010 einen ultravioletten Blitz unmittelbar nach der Explosion vorausgesagt, ausgelöst durch den Aufprall der Explosionstrümmer auf den Begleitstern. Und eben einen solchen UV-Blitz haben Yi Cao vom California Institute of Technology in Pasadena und seine Kollegen mit dem Satellitenobservatorium Swift bei einer Supernova in der 300 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie IC831 beobachtet. „Die Emission stimmt mit den theoretischen Erwartungen für die Kollision des von der Supernova ausgestoßenen Materials und dem begleitenden Stern überein“, sagen Cao und seine Kollegen. Doch vorsichtig schreibt das Team von einem „Beweis dafür, dass einige Supernovae des Typs Ia über den einfach entarteten Weg entstehen.“

Denn Kasen selbst gelang es mit seinem Team nicht, den von ihm vorausgesagten UV-Blitz nachzuweisen. Seine Forschergruppe wertete Daten des Satelliten Kepler aus, der seit 2009 nach Planeten bei anderen Sternen sucht. Dazu überwacht das Weltraumteleskop die Helligkeit von Sternen – und ganz nebenbei auch die von 400 Galaxien. Auf diese Weise stießen Kasen und seine Kollegen auf fünf Supernovae, drei davon waren vom gesuchten Typ Ia. Doch in allen drei Fällen zeigten Beobachtungen im UV-Bereich keine Spur von dem vorausgesagten Blitz. Das Fehlen dieses Blitzes sei ein klares Indiz dafür, dass „diese drei Supernovae durch die Verschmelzung von jeweils zwei Weißen Zwergen ausgelöst wurden“, so die Forscher.

Möglicherweise beschreiben also beide Modelle korrekt, wie Supernovae des Typs Ia entstehen und es gibt zwei unterschiedliche Arten dieser Sternexplosionen. Die Beobachtung einer großen Zahl von solchen Supernovae ist nun notwendig, um zu ermitteln, wie häufig die beiden unterschiedlichen Explosionen auftreten und welchen Einfluss sie auf die Explosionshelligkeit und die Lichtkurve einer Supernova haben. Nur so lassen sich die kosmologischen Standardkerzen künftig genau genug eichen, um mit ihrer Hilfe der Dunklen Energie auf die Spur zu kommen.