💥 Premiere: Astronomen erfassen Explosion eines Sterns im Moment, in dem er seine Oberfläche verformt

Das Universum zu beobachten bedeutet oft, Phänomene zu betrachten, die vor Millionen von Jahren stattgefunden haben. Aber manchmal bietet sich die Gelegenheit, ein kosmisches Ereignis fast live einzufangen, als ob wir die Verwandlung eines Sterns in Echtzeit miterleben würden. Diese seltene Möglichkeit hat sich kürzlich für Astronomen materialisiert, die einen entscheidenden Moment im Leben eines massereichen Sterns beobachten konnten.

Dank des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte konnte ein internationales Team die Explosion eines Sterns genau in dem Moment einfangen, in dem dieser seine Oberfläche durchbrach. Diese Beobachtung, die nur 26 Stunden nach der ersten Entdeckung der Supernova durchgeführt wurde, stellt eine Premiere in der Geschichte der Astronomie dar. Die Geschwindigkeit des Eingreifens war entscheidend, denn diese Übergangsphase dauert nur wenige Stunden, bevor sie nicht mehr nachweisbar ist. Der betreffende Stern, der sich in etwa 22 Millionen Lichtjahren Entfernung in der Galaxie NGC 3621 befindet, bot eine außergewöhnliche Gelegenheit, die ersten Augenblicke einer stellaren Explosion zu studieren.


Die Entdeckung dieser Supernova löste ein Wettrennen gegen die Zeit für die Astronomen aus. Yi Yang, Professor an der Tsinghua-Universität, reichte einen Beobachtungsantrag weniger als zwölf Stunden nach der Benachrichtigung über das Ereignis ein. Die schnelle Genehmigung der ESO ermöglichte es, das Teleskop auf die entstehende Supernova auszurichten und so wertvolle Daten über ihre anfängliche Geometrie zu erfassen. Diese außergewöhnliche Reaktionsfähigkeit wurde durch die internationale Zusammenarbeit ermöglicht.

Die für diese Beobachtung verwendete Technik, die Spektropolarimetrie, ermöglichte es, sonst unsichtbare Details zu enthüllen. Obwohl der explodierende Stern von der Erde aus als einfacher Lichtpunkt erscheint, hat die Analyse der Polarisation seines Lichts seine dreidimensionale Form offenbart. Diese Methode nutzt die Tatsache, dass Licht, das von nicht-sphärischen Objekten emittiert wird, spezifische Polarisationsmerkmale aufweist, die ihre Geometrie verraten.

Die gesammelten Daten zeigten, dass die anfängliche Explosion eine erstaunliche olivenähnliche Form aufwies, die eine wohldefinierte axiale Symmetrie offenbarte. Diese besondere geometrische Konfiguration deutet auf die Existenz gemeinsamer physikalischer Mechanismen hin, die die Explosion massereicher Sterne steuern. Während die Explosion fortschreitet und mit der umgebenden Materie kollidiert, flacht ihre Form ab, behält aber ihre ursprüngliche Symmetrieachse bei und liefert so wertvolle Hinweise auf die internen Prozesse.

Diese Entdeckung ermöglicht es Astronomen, ihre theoretischen Modelle über das Lebensende massereicher Sterne zu verfeinern. Der Stern, der Ursprung von SN 2024ggi war, war ein Roter Überriese, etwa zwölf- bis fünfzehnmal massereicher als unsere Sonne und fünfhundertmal größer. Das Verständnis dieser Explosionen hilft, den stellaren Lebenszyklus und die Art und Weise, wie schwere Elemente sich im Weltraum verteilen, um neue Generationen von Sternen und Planeten zu bilden, besser zu begreifen.

Spektropolarimetrie: Das Unsichtbare sehen

Die Spektropolarimetrie kombiniert zwei Techniken der Lichtanalyse, um Informationen zu enthüllen, die weder die Spektroskopie noch die Polarimetrie allein liefern können. Indem untersucht wird, wie Licht bei verschiedenen Wellenlängen polarisiert ist, können Astronomen die Form und Ausrichtung von kosmischen Objekten bestimmen, die zu klein sind, um direkt aufgelöst zu werden. Dieser Ansatz ist besonders nützlich für Supernovae, bei denen geometrische Details entscheidend für das Verständnis der Explosionsmechanismen sind.

Die Polarisation von Licht tritt auf, wenn Lichtwellen bevorzugt in eine bestimmte Richtung schwingen. Im Falle von kugelförmigen Sternen ist diese Polarisation typischerweise null, da sich die Schwingungen in alle Richtungen gegenseitig aufheben. Wenn das emittierende Objekt jedoch nicht perfekt symmetrisch ist, wie bei einer asymmetrischen Explosion, weist das Licht eine deutliche Polarisation auf, die diese Asymmetrie verrät.

Das Instrument FORS2 des Very Large Telescope ist speziell für diese Art von Messungen konzipiert. Es kann winzige Variationen in der Lichtpolarisation erkennen und so die dreidimensionale Form von Objekten in Millionen von Lichtjahren Entfernung rekonstruieren. Diese einzigartige Fähigkeit war entscheidend, um die olivenähnliche Form der Explosion von SN 2024ggi aufzudecken, und demonstriert die Leistungsfähigkeit dieser Beobachtungstechnik.

Die Anwendungen der Spektropolarimetrie erstrecken sich weit über die Untersuchung von Supernovae hinaus. Sie wird verwendet, um Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher zu analysieren, die Atmosphäre von Exoplaneten zu untersuchen und interstellaren Staub zu charakterisieren. Jeder technische Fortschritt öffnet neue Fenster zum Universum und ermöglicht es Astronomen, grundlegende Fragen zur Natur kosmischer Objekte zu beantworten.

Leben und Tod massereicher Sterne

Massereiche Sterne, die mindestens die achtfache Masse unserer Sonne besitzen, führen eine kurze, aber spektakuläre Existenz. Ihre große Masse erzeugt in ihrem Kern einen so hohen Druck und eine so hohe Temperatur, dass sie ihren nuklearen Brennstoff in einem beschleunigten Tempo verbrennen. Während unsere Sonne etwa zehn Milliarden Jahre leben wird, kann ein Stern mit der zwanzigfachen Sonnenmasse seine Vorräte in nur wenigen Millionen Jahren erschöpfen, was zu einem gewaltsamen Ende führt.

Die Endphase beginnt, wenn der Kern des Sterns seinen Wasserstoff und dann sein Helium erschöpft und zunehmend schwerere Elemente bis hin zum Eisen fusioniert. Eisen stellt einen Punkt ohne Rückkehr dar, da seine Fusion Energie verbraucht, anstatt sie zu produzieren. Ohne seine interne Energiequelle kollabiert der Kern unter seinem eigenen Gewicht in der Größenordnung von Sekunden und erzeugt eine Stoßwelle, die die äußeren Schichten des Sterns in den Weltraum schleudert.

Dieser Kollaps und diese Explosion setzen eine kolossale Energie frei, die vorübergehend die Leuchtkraft einer gesamten Galaxie übertrifft. Die schweren Elemente, die während des Lebens des Sterns synthetisiert wurden, werden im interstellaren Medium verteilt und reichern das Gas an, aus dem sich neue Sterne und Planeten bilden werden. Ohne diese Explosionen wäre das Universum frei von Elementen wie Sauerstoff, Kohlenstoff oder Eisen, die für das Leben essentiell sind.

Das Überbleibsel der Explosion hängt von der anfänglichen Masse des Sterns ab. Für Sterne mit der acht- bis zwanzigfachen Sonnenmasse bleibt typischerweise ein Neutronenstern übrig, während massereichere Sterne Schwarze Löcher bilden können. Jede Supernova stellt somit nicht nur ein Ende dar, sondern auch den Beginn neuer kosmischer Zyklen und beteiligt sich am permanenten Recycling der Materie im Universum.