Supernovae

Was ist eine Supernova?

Eine Supernova ist die Explosion eines Sterns. Für kurze Zeit setzt sie so viel Licht frei, dass ein einzelner Stern die Hunderte Milliarden Sterne seiner Heimatgalaxie überstrahlen kann.

Das Wort kommt von „nova“, lateinisch für neu, weil es frühen Beobachtern so vorkam, als sei ein neuer Stern erschienen. In Wirklichkeit beendete ein alter Stern sein Leben.

Astronomen ordnen Supernovae nach ihrem Licht und den chemischen Fingerabdrücken darin, dem Spektrum. Hinter den vielen Bezeichnungen stehen zwei grundlegende Wege, auf denen ein Stern explodieren kann.

Kernkollaps: wenn einem Riesenstern der Brennstoff ausgeht

Sterne mit mehr als etwa der achtfachen Sonnenmasse verschmelzen in ihrem Kern immer schwerere Elemente, von Helium bis hinauf zu Silicium. Die Kette endet beim Eisen, denn die Fusion von Eisen kostet Energie, statt sie freizusetzen.

Ohne Energie, die ihn stützt, kollabiert der Eisenkern in weniger als einer Sekunde. Er schrumpft zu einer Kugel von nur wenigen Kilometern Durchmesser und prallt zurück, und eine Flut winziger Teilchen namens Neutrinos hilft, eine Stoßwelle anzutreiben, die den Stern zerreißt.

In der Mitte bleibt entweder ein Neutronenstern zurück oder bei den schwersten Sternen ein Schwarzes Loch. Astronomen bezeichnen diese Explosionen als Typ II, Ib oder Ic, je nachdem, wie viel seines äußeren Wasserstoffs und Heliums der Stern behalten hatte.

Typ Ia: ein Weißer Zwerg über die Grenze getrieben

Ein Weißer Zwerg ist der dichte, erdgroße Restkern eines sonnenähnlichen Sterns. Für sich allein kühlt er einfach über Milliarden Jahre ab.

Steht er jedoch in einem engen Paar mit einem anderen Stern, kann er zusätzliche Masse gewinnen, indem er Gas von seinem Partner abzieht oder mit einem anderen Weißen Zwerg verschmilzt. Nähert er sich etwa 1,4 Sonnenmassen, gerät die Kohlenstofffusion außer Kontrolle, und der ganze Weiße Zwerg explodiert, ohne etwas zurückzulassen.

Weil Supernovae vom Typ Ia eine recht vorhersagbare Spitzenhelligkeit erreichen, nutzen Astronomen sie als „Standardkerzen“, um Entfernungen im Universum zu messen. 1998 zeigte diese Methode, dass sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt.

Supernovae in der Geschichte

1054 verzeichneten chinesische Astronomen einen „Gaststern“ im Stier, der wochenlang sogar bei Tag sichtbar war. Seine Trümmer bilden den Krebsnebel, etwa 6.500 Lichtjahre entfernt, mit einem schnell rotierenden Neutronenstern im Zentrum.

1572 beobachtete Tycho Brahe einen neuen Stern in der Kassiopeia und zeigte, dass er weit jenseits des Mondes lag, was die alte Vorstellung eines unveränderlichen Himmels erschütterte. Es war eine Supernova vom Typ Ia.

1604 untersuchte Johannes Kepler eine weitere im Schlangenträger. Sie ist bis heute die letzte Supernova in unserer eigenen Galaxie, die Menschen mit bloßem Auge gesehen haben.

1987 explodierte ein Stern in der Großen Magellanschen Wolke, einer kleinen Galaxie nahe der Milchstraße. SN 1987A war die erste Supernova, deren Neutrinos von Detektoren auf der Erde eingefangen wurden, einige Stunden bevor ihr Licht bemerkt wurde, was bestätigte, wie ein Kernkollaps abläuft.

Wie Supernovae das Universum anreichern

Das frühe Universum enthielt fast nur Wasserstoff und Helium. Nahezu jedes schwerere Element entstand später, gebraut in Sternen und bei ihrem Tod ausgeschleudert.

Kernkollaps-Supernovae setzen große Mengen Sauerstoff, Silicium und Calcium frei, während Explosionen vom Typ Ia wichtige Eisenquellen sind. Die Stoßwellen helfen zudem, nahe Gaswolken zusammenzudrücken, was die Entstehung neuer Sterne auslösen kann.

Einige der schwersten Elemente, etwa Gold, scheinen vor allem aus anderen Ereignissen wie Neutronenstern-Verschmelzungen zu stammen. So oder so entstanden das Calcium in Ihren Knochen und das Eisen in Ihrem Blut in Sternen, die lebten und starben, bevor die Sonne geboren wurde.

Steht Beteigeuze kurz vor der Explosion?

Beteigeuze, die rötliche Schulter des Orion, ist ein Roter Überriese in etwa 500 bis 650 Lichtjahren Entfernung. Sie ist massereich und alt und wird daher fast sicher als Kernkollaps-Supernova enden.

Ende 2019 und Anfang 2020 wurde sie deutlich lichtschwächer, was viel Aufregung auslöste. Untersuchungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Very Large Telescope der ESO zeigten, dass eine Staubwolke, die der Stern ausgestoßen hatte, die Ursache war, kein Zeichen einer unmittelbar bevorstehenden Explosion.

Aktuelle Schätzungen verorten die Explosion irgendwann innerhalb der nächsten etwa 100.000 Jahre, was nach menschlichen Maßstäben heißt, dass sie zu unseren Lebzeiten unwahrscheinlich ist. Wenn es so weit ist, wird sie wochenlang hell genug sein, um bei Tag gesehen zu werden, ist aber viel zu weit entfernt, um der Erde zu schaden.

Wie kann ich eine sehen?

Eine mit bloßem Auge sichtbare Supernova in unserer Galaxie ist selten, daher sieht man eine in der Praxis am ehesten im Teleskop, beim Blick auf andere Galaxien. Jedes Jahr finden Amateur- und Profidurchmusterungen Tausende Supernovae, und einige davon in hellen nahen Galaxien erreichen 12 oder 13 mag, in Reichweite eines mittleren Gartenteleskops unter dunklem Himmel.

Sie können auch Supernova-Überreste betrachten. Der Krebsnebel (M1) nahe der Hornspitze des Stiers zeigt sich an Winterabenden in einem kleinen Teleskop als schwacher, nebliger Fleck.

Ereignet sich eine Supernova in unserer Galaxie, werden Neutrinodetektoren rund um die Welt wahrscheinlich eine Frühwarnung senden, bevor das Licht auffällig wird, und den Beobachtern so einen Vorsprung verschaffen.