Kosmologie: Supernovaeblitze taugen als Universallängenmaß
© Benetti et al. (Ausschnitt)
Die Eigenschaften von Typ-Ia-Supernovae konnte ein europäisches Astronomenteam nun präziser beschreiben als zuvor. Die Explosionen gehen demnach immer auf Sterne mit gleicher Masse und Energie zurück, leuchten aber umso stärker, je mehr Nickel sie enthalten. Mit den neuen Erkenntnissen kann dieser Supernovae-Typ mit seiner exakter berechenbaren Helligkeit nun verlässlicher als universelles Entfernungsleuchtfeuer genutzt werden, an dem die Distanzen im Universum geeicht werden können.
In ihrer Studie hatten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Astrophysik und des Nationalen Astronomischen Institut Italiens in den letzten vier Jahren 20 Ia-Supernovae jeweils über mehrere Wochen untersucht und anhand von spektroskopischen und fotometrischen Daten sowie numerischen Simulationen typische Werdegänge der Explosionen aufgeklärt. Vor einer Typ-Ia-Supernovae zieht ein kleiner Weißer Zwergstern mit starker Gravitation von einem benachbarten Roten Riesenstern so lange Materie ab, bis er selbst so massereich ist, dass er kollabiert. Ansteigender Druck und Temperatur lösen dann die Kernfusion aus, die den Stern explodieren lässt. Da die explosionsauslösende Grenzmasse immer gleich ist, boten sich die Ia-Supernovae als definierte Standardwerte an.
Die Forscher ermittelten nun, dass die Explosionsenergie aller Typ-Ia-Supernovae immer der Fusionsenergie entspricht, die der Weiße Zwerg erbrüten kann. Die Menge der Energie ändert sich aber mit dem Verhältnis zweier im Laufe der Explosion durch nukleare Fusion von Kohlenstoff und Sauerstoff gebildeten Elemente: Silizium und dem Isotop Nickel-56. Je mehr des Nickel-Isotops entstanden ist, desto heller leuchtet die Supernovae, weil Nickel-56 beim radioaktiven Zerfall zusätzlich Licht abstrahlt. Wird statt Nickel mehr an Silizium erbrütet, so ist die Explosion weniger hell. Dieser Fall verrät sich Astronomen durch Spuren von Silizium im Lichtspektrum der Supernova.
"Unsere überraschenden Ergebnisse liefern nun erstmals eine solide Grundlage dafür, dass wir Supernovae als kosmische Entfernungsmesser nutzen können", erklärt Max-Planck-Forscher Wolfgang Hillebrandt. "Wir verstehen jetzt die Unterschiede in der Helligkeit von Supernovae besser und können deshalb in Zukunft dieses kosmische Metermaß genau eichen." Davon profitieren auch Kosmologen, die aus der Helligkeit der Supernovae auf dunkle Energie schließen können, die der gängigen Theorie zufolge für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist.
In ihrer Studie hatten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Astrophysik und des Nationalen Astronomischen Institut Italiens in den letzten vier Jahren 20 Ia-Supernovae jeweils über mehrere Wochen untersucht und anhand von spektroskopischen und fotometrischen Daten sowie numerischen Simulationen typische Werdegänge der Explosionen aufgeklärt. Vor einer Typ-Ia-Supernovae zieht ein kleiner Weißer Zwergstern mit starker Gravitation von einem benachbarten Roten Riesenstern so lange Materie ab, bis er selbst so massereich ist, dass er kollabiert. Ansteigender Druck und Temperatur lösen dann die Kernfusion aus, die den Stern explodieren lässt. Da die explosionsauslösende Grenzmasse immer gleich ist, boten sich die Ia-Supernovae als definierte Standardwerte an.
Die Forscher ermittelten nun, dass die Explosionsenergie aller Typ-Ia-Supernovae immer der Fusionsenergie entspricht, die der Weiße Zwerg erbrüten kann. Die Menge der Energie ändert sich aber mit dem Verhältnis zweier im Laufe der Explosion durch nukleare Fusion von Kohlenstoff und Sauerstoff gebildeten Elemente: Silizium und dem Isotop Nickel-56. Je mehr des Nickel-Isotops entstanden ist, desto heller leuchtet die Supernovae, weil Nickel-56 beim radioaktiven Zerfall zusätzlich Licht abstrahlt. Wird statt Nickel mehr an Silizium erbrütet, so ist die Explosion weniger hell. Dieser Fall verrät sich Astronomen durch Spuren von Silizium im Lichtspektrum der Supernova.
"Unsere überraschenden Ergebnisse liefern nun erstmals eine solide Grundlage dafür, dass wir Supernovae als kosmische Entfernungsmesser nutzen können", erklärt Max-Planck-Forscher Wolfgang Hillebrandt. "Wir verstehen jetzt die Unterschiede in der Helligkeit von Supernovae besser und können deshalb in Zukunft dieses kosmische Metermaß genau eichen." Davon profitieren auch Kosmologen, die aus der Helligkeit der Supernovae auf dunkle Energie schließen können, die der gängigen Theorie zufolge für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist.
© Max-Planck-Gesellschaft/spektrumdirekt
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