Wenn ein massereicher Stern sein Lebensende erreicht, durchläuft er eine Reihe innerer Umwandlungen. Im Kern des Sterns kombiniert die Kernfusion schrittweise leichte Atome, um schwerere Elemente wie Kohlenstoff oder Sauerstoff zu bilden. Dieser Prozess erzeugt konzentrische Schichten, jede reich an spezifischen Elementen, gestapelt wie die Schalen einer Zwiebel. Die äußeren Schichten, bestehend aus Wasserstoff oder Helium, werden in der Regel durch stellare Winde lange vor der finalen Explosion abgestoßen.
Künstlerische Darstellung der extrem freigelegten Supernova 2021yfj.
Bildnachweis: Keck Observatorium / Adam Makarenko
Im Fall der Supernova SN2021yfj haben Astronomen eine Gashülle aus Silizium nachgewiesen, einem Element, das ganz in der Nähe des Eisenkerns des Sterns gebildet wurde. Normalerweise hat diese innere Schicht nicht genug Zeit, sich weit genug zu entfernen, um nach der Explosion sichtbar zu sein, da sie sich erst wenige Monate vor dem Ende bildet. Ihre Anwesenheit hier deutet darauf hin, dass alle äußeren Materialien vorzeitig abgetragen wurden und so normalerweise verborgene Regionen enthüllten.
Die Forscher stellen die Hypothese auf, dass ein Begleitstern für diese extreme Freilegung verantwortlich sein könnte. Durch seine Umlaufbahn um den sterbenden Stern könnte seine Gravitation die tiefen Schichten angezogen und ausgestoßen haben, einschließlich der Siliziumschicht. Dieser Mechanismus, obwohl selten, entspricht theoretischen Modellen und hilft zu verstehen, wie stellare Winde manchmal durch binäre Wechselwirkungen verstärkt werden können.
Diese Beobachtung bestätigt Modelle der Nukleosynthese, die beschreiben, wie Sterne chemische Elemente produzieren. Sauerstoff, Neon, Magnesium und viele andere für das Leben essentielle Atome werden in diesen gigantischen kosmischen Schmelzöfen geschmiedet. Supernovae verteilen diese Elemente anschließend im Weltraum, reichern das interstellare Medium an und ermöglichen die Bildung neuer Sterne und Planeten.
Dank solcher Entdeckungen verstehen wir die chemische Evolution des Universums besser. Die ersten Sterne, frei von schweren Elementen, machten Platz für vielfältigere Generationen wie unsere Sonne und die Erde. Jede Explosion trägt zu dieser kosmischen Alchemie bei und gestaltet allmählich einen Kosmos, der immer reicher an Elementen und förderlich für die Entstehung von Leben wird.
Stellare Kernfusion
Die Kernfusion ist der Motor, der Sterne antreibt. Sie verwandelt leichte Atomkerne in schwerere Kerne und setzt dabei kolossale Energie in Form von Licht und Wärme frei. Dieser Prozess beginnt mit Wasserstoff, dem häufigsten Element, das zu Helium fusioniert.
Im Laufe der Zeit beschleunigen sich die Reaktionen und produzieren zunehmend massereichere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und schließlich Eisen. Jede Stufe ist kürzer als die vorherige: Millionen bis Milliarden Jahre für Wasserstoff, aber nur wenige Tage für Silizium.
Diese Reaktionen erzeugen eine Schichtstruktur im Inneren des Sterns, wobei jede Schicht einem Fusionsstadium entspricht. Diese Organisation ermöglicht es Astronomen, die chemische Geschichte des Sterns während seiner Explosion nachzuvollziehen.
Ohne Kernfusion würden Sterne nicht leuchten, und dem Universum würden die Elemente fehlen, die für die Bildung von Planeten und Leben notwendig sind.