Ein internationales Team um Mike Barlow vom University College London konnte mit Hilfe neuer Daten des James Webb Space Telescope (JWST) zeigen, dass sich im Zentrum des Supernova-Überrests 1987A wahrscheinlich ein Neutronenstern befindet. Die Forschenden stellen ihre Ergebnisse im Fachmagazin »Science« vor.

Am 23. Februar 1987 konnten auf der Erde Neutrinos – extrem leichte und schwach wechselwirkende Teilchen – aus Richtung der Großen Magellanschen Wolke gemessen werden. Diese waren Vorboten einer großen Sternexplosion, die einen Tag später so hell leuchtete, dass sie mit bloßem Auge beobachtet werden konnte. 1987A war die hellste und der Erde nächste Supernova seit 400 Jahren, doch 37 Jahre lang war nicht klar, was sich in ihrem Zentrum verbirgt: Ist es ein Neutronenstern? Oder ein Schwarzes Loch?

Eine Kernkollaps-Supernova wie 1987A entsteht, wenn ein Stern mit einer Masse zwischen acht und zehn Sonnenmassen am Ende seines Lebens explodiert, weil sein Brennstoff aufgebraucht ist. Dabei werden einige der wichtigsten chemischen Elemente erzeugt, darunter Sauerstoff, Silizium und Magnesium. Der erloschene Kern dieser explodierenden Sterne kann einen kompakten Neutronenstern zurücklassen oder ein Schwarzes Loch erzeugen, indem der Neutronenstern kurz nach seiner Geburt in sich zusammenfällt. Wie lässt sich feststellen, welches dieser Objekte sich nun im Zentrum von 1987A befindet?

Das Team um Barlow untersuchte mit Hilfe der Instrumente MIRI und NIRSpec des James-Webb-Teleskops die Supernova bei Infrarotwellenlängen. Die können die dichten Gas- und Staubschichten durchdringen, die der Stern gegen Ende seines Lebens ausgestoßen hat. Solche Beobachtungen sind erst mit dem JWST möglich geworden. Dabei entdeckten die Wissenschaftler Argon und Schwefel, denen Elektronen entrissen wurden und die daher ionisiert sind. Diese Elemente konzentrieren sich in der Nähe des Zentrums des Supernova-Überrests und benötigen viel Energie, um zum Leuchten angeregt zu werden.

Das Team führte mehrere Simulationen durch, um festzustellen, wie genau diese Energie erzeugt werden kann. Es kamen nur zwei Szenarios in Frage, die beide auf einen Neutronenstern hinweisen: Im ersten Fall sendet ein 100 Millionen Grad heißer Neutronenstern Ultraviolett- und Röntgenstrahlung aus, die Argon und Schwefel ionisieren kann. Im zweiten Fall rotiert ein Neutronenstern so schnell, dass er Teilchen aus der Umgebung fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, die dann mit Argon und Schwefel zusammenstoßen. Das zweite Szenario passt auch zu früheren Studien, in denen die Röntgenstrahlung von 1987A untersucht wurde und nach denen man einen schnell rotierenden Neutronenstern mit einem Teilchenwind als Ursache favorisiert.

Die Forscher und Forscherinnen haben das Glück, 1987A mit seinem ursprünglichen Stern vergleichen zu können, weil es frühere Aufnahmen von diesem gibt. Dadurch konnte der Ablauf einer Supernova zum ersten Mal im Detail verfolgt werden. Wenn sich in ein paar Jahren die Wolke aus ausgestoßenem Staub weiter ausdehnt und ausdünnt, lassen sich möglicherweise noch bessere Einblicke in das Zentrum von 1987A gewinnen. Dann könnte – so hoffen die Wissenschaftler – ein ganz junger Neutronenstern aus nächster Nähe erforscht werden.