💥 Nur Antimaterie erklärt diese absolute Supernova - nichts bleibt übrig - nicht einmal ein schwarzes Loch

Eine Supernova so extrem, dass der Tod des Sterns vollständig ist und weder ein schwarzes Loch noch ein Neutronenstern zurückbleibt: Genau das glauben Astronomen mit dem klarsten Beispiel eines solchen Ereignisses beobachtet zu haben. Getauft auf den Namen SN 2023vbw, wurde diese ungewöhnliche Explosion am Rand einer kleinen Zwerggalaxie in etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung entdeckt.

Bei einer Paarinstabilitäts-Supernova wird der Kern eines extrem massereichen Sterns so heiß, dass er Materie-Antimaterie-Paare erzeugt. Dieser Prozess verringert den Druck, der den Stern gegen die Schwerkraft stützt, und löst eine so heftige thermonukleare Explosion aus, dass der gesamte Stern verbraucht wird. Es bleibt weder ein Neutronenstern noch ein stellare schwarzes Loch übrig. Die Theorie sagt dieses Schicksal für Sterne mit 140 bis 260 Sonnenmassen und geringer Metallizität voraus. SN 2023vbw erfüllt diese Kriterien.


Das Ereignis wurde erstmals im Oktober 2023 von der Zwicky Transient Facility entdeckt. Zunächst als klassische Supernova vom Typ II eingestuft, erwies sich ihr Verhalten schnell als untypisch. Ihre Lichtkurve zeigte einen stetigen Anstieg bis zu einem Maximum nach etwa 190 Tagen, viel länger als normal. Danach nahm sie schnell ab und stabilisierte sich dann in einem langsamen Rückgang. Die insgesamt freigesetzte Energie war mehr als zehnmal größer als die einer gewöhnlichen Supernova.

Während des Helligkeitsanstiegs hielt die Explosion eine nahezu konstante Temperatur aufrecht, während ihre äußeren Schichten sich weiter ausdehnten. Dies erfordert eine kontinuierliche interne Heizquelle, im Gegensatz zu klassischen Supernovae. Beim Verblassen traten Emissionslinien auf, und die Wasserstofflinien zeigten mehrere Komponenten, was darauf hindeutet, dass die Ejekta mit einer Scheibe aus Materie interagieren, die der Stern vor seinem Tod verloren hatte.

Modelle zeigen, dass der Vorläuferstern ein blauer Überriese war, mit einer Ejektamasse zwischen 170 und 350 Sonnenmassen. Die kinetische Energie der Explosion übersteigt bei weitem das, was eine Kernkollaps-Supernova erzeugen kann. Die geringe Metallizität der Wirtsgalaxie stützt die Hypothese einer Paarinstabilität. Darüber hinaus könnte dieser blaue Überriese aus der Verschmelzung zweier massereicher Sterne in einem Doppelsternsystem hervorgegangen sein.

Dieses Fusionsszenario würde die scheibenförmige Hülle um den Stern herum natürlich erklären. Es bleiben jedoch Unsicherheiten: Man weiß noch nicht, ob sehr massereiche Sterne ihr Leben als rote oder blaue Überriesen beenden, noch zu welchem Zeitpunkt eine solche Verschmelzung stattfinden könnte. Trotz dieser Fragen bleibt SN 2023vbw ein vielversprechender Kandidat für eine Paarinstabilitäts-Supernova.

Dank ihrer relativen Nähe und Helligkeit bietet SN 2023vbw Astronomen die Möglichkeit, sie in mehreren Wellenlängen zu untersuchen, um die Massenverlustgeschichte des Sterns und die bei der Explosion erzeugten chemischen Elemente zu verstehen. Zukünftige Missionen wie das Vera Rubin Observatory und das Nancy Grace Roman Space Telescope sollten Dutzende ähnlicher Ereignisse aufdecken und den Tod und die Entwicklung der massereichsten Sterne im Universum offenbaren.

Was ist eine Paarinstabilitäts-Supernova?

Bei einer Paarinstabilitäts-Supernova erreicht der Kern eines sehr massereichen Sterns extrem hohe Temperaturen, in der Größenordnung von einer Milliarde Grad. Diese Temperaturen sind so hoch, dass die im Kern erzeugten Gammaphotonen in Elektron-Positron-Paare umgewandelt werden können. Dieser Prozess verringert den Strahlungsdruck, der den Stern gegen die Schwerkraft stützt, und führt zu einem plötzlichen Kollaps. Der Kollaps löst eine explosive thermonukleare Reaktion aus, die den gesamten Stern verbraucht.

Diese Explosion ist so heftig, dass kein kompaktes Überbleibsel wie ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch zurückbleibt. Die Supernova verteilt ihr gesamtes Material im Weltraum und reichert das interstellare Medium mit schweren Elementen an. Modelle sagen voraus, dass nur ursprünglich sehr massereiche Sterne (zwischen 140 und 260 Sonnenmassen) mit geringem Metallgehalt dieses Schicksal erleiden können. Die geringe Metallizität ist entscheidend, da sie den Massenverlust durch Sternwinde verringert und es dem Stern ermöglicht, seine hohe Masse zu behalten.

Paarinstabilitäts-Supernovae sind äußerst selten, da sie sehr spezifische Bedingungen erfordern. Es wird angenommen, dass sie im frühen Universum häufiger vorkamen, als Sterne massereicher und metallärmer waren. Ihre Untersuchung hilft Astronomen, die Entstehung der ersten schweren Elemente und die Entwicklung der frühen Galaxien zu verstehen.