Kosmologie: Weiße Zwerge sterben nicht schön rund
Der Typ Ia unter den Supernovae hat sich lange ein paar Geheimnisse bewahrt. Klar war immerhin: Hier explodiert ein Weißer Zwerg neben einem zweiten Stern. Wie genau er dies macht, verrät nun ein sehr genauer Blick auf die Strahlung aus der Ferne.
© ESO / Asymmetric Ashes (artist's impression) / CC BY 4.0 CC BY (Ausschnitt)
Supernovae mit der Typenbezeichnung Ia sind aus mindestens zwei Gründen etwas Besonderes: ihrer Berechenbarkeit und dem Grund ihrer Entstehung. Sie erstrahlen und vergehen, weil sie aus einem Doppelsternsystem zweier ungleicher Partnern gebildet werden. Darin zieht ein kleiner Weißer Zwerg mit großer Gravitationswirkung von einem benachbarten Roten Riesen so lange Materie ab, bis er so massereich ist, dass er kollabiert. Der rapide wachsende Druck und die dabei ansteigende Temperatur lösen dann die Kernfusion aus, die den Stern explodieren lässt.
Und dieser Kollaps beginnt – so die Theorie zur Berechenbarkeit –, stets ab einer genau definierten Massengrenze, weswegen sich die Ereignisse immer sehr stark ähneln. Ihre Eigenschaften sind somit vorhersagbar, eine Eigenart, die den sterbenden, ehemals etwa sonnengroßen Sternen eine besondere Rolle in der Astronomie zuweist. Durch ihre vorhersagbare Leuchtkraft werden sie zur "Standardkerze", einem verlässlichen Streckenposten im Universum. Mit ihm können die Entfernungen anderer Objekte bestimmt oder die Beschleunigung der Ausdehnung des Universums gemessen werden.
Bei aller Planbarkeit haben die Supernovae Wissenschaftlern aber durchaus Stoff zum Nachdenken gegeben: Unklar war, wie der Weiße Zwerg, dessen Tod dieses Ereignis auslöst, in der Eruption eigentlich genau stirbt. Nun fanden die Astronomen die Antwort: Nach einer erst langsamen Brennphase breitet sich die eigentliche Explosion mit Überschallgeschwindigkeit aus.
Zu diesem Schluss kommen Lifan Wang von der Texas A&M University und Dietrich Baade und Ferdinando Patat von der Europäischen Südsternwarte durch die Messung der Polarisation, also der Schwingungsrichtung der von weit entfernten Supernovae ausgehenden Strahlung. Sie hängt davon ab, wie die abgestoßene Materiewolke um die Supernova die Strahlung bricht: Die Polarisierungsmuster sind gleichmäßig in alle Richtungen verteilt, wenn das explodierende Objekt symmetrisch ist – andernfalls herrscht eine bevorzugte Polarisation im Strahlungsspektrum vor.
Die Beobachtungen von verschiedenen entfernten Typ-Ia-Supernovae mit dem Very Large Telescope und dem Otto-Struve-Teleskop belegen nun aber eine Ungleichverteilung am Rande des Strahlungsfeldes, während es im Inneren symmetrisch ist. Den Modellen zufolge bedeutet dies eben, dass zunächst ein langsames, regional verteiltes atomares Brennen stattfindet, bevor sich die eigentliche Explosion ausbreitet. Ganz ähnliche Resultate hatten schon frühere Untersuchungen der Wissenschaftler an anderen Typ-Ia-Supernovae erbracht.
Der Bedeutung der Typ-Ia-Supernovae als Eichgröße im All verleiht diese Entdeckung ein besonderes Gewicht: Das Ergebnis lässt Raum für "starke Zweifel an allen bewährten Modellen thermonuklearer Supernova-Explosionen", meint Wang. Zumindest dürfte die Asymmetrie im Brennverhalten und damit in der Helligkeit der Supernovae die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung einschränken.
Und dieser Kollaps beginnt – so die Theorie zur Berechenbarkeit –, stets ab einer genau definierten Massengrenze, weswegen sich die Ereignisse immer sehr stark ähneln. Ihre Eigenschaften sind somit vorhersagbar, eine Eigenart, die den sterbenden, ehemals etwa sonnengroßen Sternen eine besondere Rolle in der Astronomie zuweist. Durch ihre vorhersagbare Leuchtkraft werden sie zur "Standardkerze", einem verlässlichen Streckenposten im Universum. Mit ihm können die Entfernungen anderer Objekte bestimmt oder die Beschleunigung der Ausdehnung des Universums gemessen werden.
Bei aller Planbarkeit haben die Supernovae Wissenschaftlern aber durchaus Stoff zum Nachdenken gegeben: Unklar war, wie der Weiße Zwerg, dessen Tod dieses Ereignis auslöst, in der Eruption eigentlich genau stirbt. Nun fanden die Astronomen die Antwort: Nach einer erst langsamen Brennphase breitet sich die eigentliche Explosion mit Überschallgeschwindigkeit aus.
Zu diesem Schluss kommen Lifan Wang von der Texas A&M University und Dietrich Baade und Ferdinando Patat von der Europäischen Südsternwarte durch die Messung der Polarisation, also der Schwingungsrichtung der von weit entfernten Supernovae ausgehenden Strahlung. Sie hängt davon ab, wie die abgestoßene Materiewolke um die Supernova die Strahlung bricht: Die Polarisierungsmuster sind gleichmäßig in alle Richtungen verteilt, wenn das explodierende Objekt symmetrisch ist – andernfalls herrscht eine bevorzugte Polarisation im Strahlungsspektrum vor.
Die Beobachtungen von verschiedenen entfernten Typ-Ia-Supernovae mit dem Very Large Telescope und dem Otto-Struve-Teleskop belegen nun aber eine Ungleichverteilung am Rande des Strahlungsfeldes, während es im Inneren symmetrisch ist. Den Modellen zufolge bedeutet dies eben, dass zunächst ein langsames, regional verteiltes atomares Brennen stattfindet, bevor sich die eigentliche Explosion ausbreitet. Ganz ähnliche Resultate hatten schon frühere Untersuchungen der Wissenschaftler an anderen Typ-Ia-Supernovae erbracht.
Der Bedeutung der Typ-Ia-Supernovae als Eichgröße im All verleiht diese Entdeckung ein besonderes Gewicht: Das Ergebnis lässt Raum für "starke Zweifel an allen bewährten Modellen thermonuklearer Supernova-Explosionen", meint Wang. Zumindest dürfte die Asymmetrie im Brennverhalten und damit in der Helligkeit der Supernovae die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung einschränken.
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