Rätsel um mysteriöses Objekt im Zentrum einer Supernova gelöst

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Stand: 24.02.2024, 14:32 Uhr

Von: Julian Mayr

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Keine Supernova wurde bisher besser untersucht als SN 1987A. Dennoch bargen die Überreste der Sternenexplosion jahrzehntelang ein Geheimnis – bis jetzt.

München – Gerade mal zwei Jahre ist das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) im Einsatz. Schon jetzt stellt es mit seinen Bildern die Weltraumforschung auf den Kopf. Der Nachfolger des Hubble-Teleskops gewährt detaillierte Einblicke in die Weiten des Universums, als jemals zuvor. Mithilfe des Weltraumteleskops konnten Forschende nun auch das Geheimnis einer Supernova lüften, dem man seit Jahrzehnten auf den Grund geht.

Schwarzes Loch oder Neutronenstern? Jahrzehntelanges Rätsel um Überreste legendärer Supernova

Im Februar 1987 zeigte sich von der südlichen Hemisphäre aus eine Supernova, wie sie die Menschheit seit mehr als 300 Jahren nicht mehr gesehen hatte. Der Stern Sanduleak -69 202 in einer Satellitengalaxie unserer Milchstraße hatte als sogenannter Blauer Überriese das Ende seiner Lebenszeit erreicht. Am 24. Februar erreichte das Licht der gewaltigen Supernova SN 1987A, die rund 160.000 Jahre zurückliegt, unseren Planeten. Vor einer Supernova stehen könnte unter Umständen auch der rote Überriese Beteigeuze.

Die Überreste dieser Sternenexplosion wurden besser untersucht, als alle zuvor entdeckten. Doch lange Zeit rätselten Astronomen und Astronominnen, was an der Stelle verblieben war, an der sich einst ein so massereicher Stern mit rund 15 bis 20 Sonnenmassen befand. Könnte im Zentrum von SN 1987A ein Schwarzes Loch entstanden sein? Oder bildete sich aus den Resten der Supernova ein kompakter Neutronenstern? Nun konnte diese Frage dank der Technik des James-Webb-Weltraumteleskops geklärt werden.

Neue Studie liefert Beleg über Existenz eines Neutronensterns im Zentrum von Supernova

Über drei Jahrzehnte hinweg beschäftigten sich Astronomen und Astronominnen mit der Frage, was mit der enormen Menge an Materie und Energie passierte, die durch die Sternenexplosion freigesetzt wurde. Der Nachweis von Neutrinos (extrem leichte Elementarteilchen) als Produkt der Supernova deutete bereits darauf hin, dass sich im Zentrum von SN 1987A ein Neutronenstern gebildet haben könnte. Zahlreiche Studien lieferten weitere Indizien, dass diese Vermutung am wahrscheinlichsten ist.

Sternenexplosion „SN 1987A“

Die Supernova SN 1987A ereignete sich in einer Entfernung von 160.000 Lichtjahren zur Erde in der Großen Magellanschen Wolke, einer Satellitengalaxie der Milchstraße. Ihre erste Beobachtung von der Erde aus fand im Februar 1987 statt, und im Mai desselben Jahres erreichte sie ihre maximale Helligkeit. Seit der Sichtung der Keplerschen Supernova im Jahr 1604 war es das erste Mal, dass eine Supernova mit bloßem Auge gesehen werden konnte. In den vergangenen Jahren gab es bereits vermehrt Hinweise auf die Existenz eines Neutronensterns im Zentrum der Überreste der Supernova. Allerdings konnte bisher kein direkter Beweis für einen Neutronenstern erbracht werden.

Quelle: Nasa

Am 22. Februar, nur zwei Tage vor dem Jahrestag der Supernova, wurde in der Fachzeitschrift Science eine Forschungsarbeit veröffentlicht, die wohl den Beweis für die Existenz eines solchen Neutronensterns liefert. Unter Zuhilfenahme des James-Webb-Teleskops beobachteten die Forschenden Spektrallinien, die entweder von dem heißen Neutronenstern selbst oder von einem sogenannten Pulsarwindnebel um den Neutronenstern erzeugt wurden.

James-Webb-Teleskop ermöglicht Wissenschaft Blick in verborgenes Zentrum von SN 1987A

Den Forschenden gelang es so, einen Blick ins sonst verborgene Zentrum des Supernova-Überrests zu werfen. „Wir wissen jetzt, dass es dort eine kompakte Quelle ionisierender Strahlung gibt, bei der es sich wahrscheinlich um einen Neutronenstern handelt. Dies wurde von den Explosionsmodellen vorhergesagt, und wir haben 1992 Simulationen durchgeführt, die zeigten, wie man dies beobachten könnte. Jedoch erst mit JWST wurde es wirklich möglich“, erläutert Claes Fransson, Professor am Institut für Astronomie der Universität Stockholm und Hauptautor der Studie.

Fransson zufolge deutete auch der Ausstoß von Neutrinos kurz vor der Supernova darauf hin, dass entweder ein Neutronenstern geboren wurde oder ein schwarzes Loch entstand. Aufgrund der großen Mengen an Staub, die durch den Tod des Sterns entstanden waren, war dies jedoch bisher nicht messbar. Nun konnten Beobachtungen des JWST einen direkten Beweis für die Existenz eines Neutronensterns liefern, obwohl er nach wie vor nicht direkt beobachtbar ist.

Zwei mögliche Erklärungen für Spektrallinien, ein Schluss: Objekt im Zentrum ist Neutronenstern

Das James-Webb-Teleskop ist in der Lage, Licht im Infrarotbereich zu erfassen, das im Gegensatz zu sichtbarem Licht auch durch Staub hindurchdringen kann. Die Forschenden konnten mithilfe des Weltraumteleskops über die Spektrallinien von Argon- und Schwefel-Ionen eine punktförmige Energiequelle in der Mitte der Supernova-Überreste identifizieren, wie sie in einer Mitteilung bei EurekAlert! erläutern.

Das internationale Forschungsteam kann den Neutronenstern zwar nicht sehen, aber kann auf seine Existenz schließen, indem es beobachtet, wie die Strahlung des Sterns seine Umgebung beeinflusst. Daher können die gemessenen Spektrallinien direkt auf den etwa eine Million Grad heißen Neutronenstern oder auf energetische Teilchen zurückgeführt werden, die im Magnetfeld des rotierenden Neutronensterns (Pulsarwirbel) entstanden sind.

Was genau für das Spektrum verantwortlich ist, müssen weitere Untersuchungen zeigen. In jedem Fall aber gibt es wohl unmissverständliche Beweise für die Existenz eines kompakten Objekts. Der Neutronenstern im Zentrum von SN 1987A hat wahrscheinlich einen Radius von nur etwa 10 Kilometern. Dessen Dichte ist vermutlich vergleichbar mit der eines Atomkerns. Wie die Wissenschaftler erläutern, würde die Masse eines Quadratmillimeters dieser Sternmaterie dem Gewicht eines großen Öltankers entsprechen.

Wesentlich riesigere Gewichtsklassen erreichen andere kosmologische Phänomene, die ebenfalls im Zuge einer Supernova entstehen können. Erst kürzlich wurde ein extrem massereiches Schwarzes Loch entdeckt, das in etwa 30 Milliarden Sonnenmassen auf die Waage bringt.

Der Redakteur hat diesen Artikel verfasst und anschließend zur Optimierung nach eigenem Ermessen ein KI-Sprachmodell eingesetzt. Alle Informationen wurden sorgfältig überprüft. Hier erfahren Sie mehr über unsere KI-Prinzipien.