Astronomietagebuch – Teil 5: Woher kommt eine Supernova? Egal, Hauptsache Cassini geht es gut

Wenn Leute einen ausgeprägten Geschäftssinn haben, ist das bewundernswert. In den letzten Wochen bekamen wir von unserem Prof das ein oder andere Exemplar des Magazins „Sterne und Weltraum“ geschenkt (vermutlich um uns anzufixen) und diese Woche bot man uns eine Kaffeetasse zum Kauf an. Ich schätze mal, dass wir diesen Monat noch die Möglichkeit bekommen werden, eine Heizdecke zu erwerben, und dass wir am Ende des Semesters alle Mitglied bei einer Supermegaglückslotterie sind.

Gemeinfrei Cassini und sein(e) Schutzschild Sattelitenschüssel
Gemeinfrei
Cassini und sein(e) Schutzschild Sattelitenschüssel

Wo wir gerade von der Lotterie reden (und von großartigen Überleitungen) müssen wir nochmal ein paar Worte zu Cassini verlieren. Wie im letzten Beitrag erwähnt, befindet sich die Sonde gerade auf ihren letzten Runden um den Saturn, wo sie weiterhin großartige Bilder liefert. Momentan hat sie schon zwei Durchgänge durch die Ringe des Saturns überstanden. Da Cassini sowieso in den letzten Zügen ihres Lebens liegt, hat man beschlossen, dass man bei ihrer Mission ja auch mal was riskieren könnte und ist nun dazu übergegangen, die Sattelitenschüssel, mit der die Kommunikation zur Erde erleichtert wurde – und die man in letzter Zeit als Schutzschild gegen die Gesteinsbrocken in den Ringen verwendet hat – wieder seinem ursprünglichen Zweck zuzuführen. Klar, beim nächsten Flug durch die Ringe steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Cassini Schaden nimmt, aber bis es soweit ist, sendet die Sonde weiterhin bahnbrechende Bilder

Einige dieser großartigen Bilder hat die Nase letzten Mittwoch veröffentlicht. Aufgenommen wurden die Daten schon eine Woche zuvor, aber besagte Einzelbilder zu diesem Video zusammenzusetzen hat auch seine Zeit gekostet:

Aber es gibt noch mehr Daten von Cassini. Sie hat sich für ein weiteres Experiment dem Licht des Sterns Sirius bedient. Sie positionierte sich so, dass zwischen ihr und Sirius nur einer der Ringe des Saturns lag. Indem man misst, wie viel Licht von den Gesteinsbrocken des Rings absorbiert wurde, lässt sich die Dichte selbiger bestimmen.
Im folgenden Gif ist besagter Durchflug zu erkennen – allerdings ist die Absorption des Lichts zu schwach um sie mit bloßem Auge zu sehen.

Der Brocken der dort so schamlos Photobombing betreibt ist einer der Saturnmode, der Sicherlich nur in die Nähe von Cassini flanierte, um sich von ihr zu verabschieden.

Da wir ja in diesem Text bereits eine ziemlich gelungene Überleitung hatten, verzichte ich hier auf eine weitere, sondern mache einen harten Cut, weg vom Saturn und hin zu einer Supernova. Denn auch in Woche 5 lässt sie uns einfach nicht vom Haken. Heute reden wir darüber, was eigentlich genau mit den Überresten einer Supernova passiert und werfen einen ersten Blick darauf, wie sie entsteht. An dieser Stelle will ich gleich etwas vorweg nehmen. Es gibt viele Supernovae unterschiedlichen Typs, deren Entstehungsbedingungen sich alle voneinander unterscheiden. Um den Einstieg in die Materie möglichst bequem zu halten, ignorieren wir das und tun so, als gäbe es nur eine Form der Supernova.

Und was eine Supernova überhaupt ist, haben wir ja schon geklärt. Jetzt stellt sich nur die Frage, was eine Supernova überhaupt auslösen kann. Wir wissen, dass ein massereicher Stern in der Lage ist, sein Leben auf diese Art auszuhauchen, aber das ist bei weitem nicht die einzige Möglichkeit.
Wenn unsere Sonne am Ende ihres Lebens ist, wird sie sich nicht zur Supernova aufblasen, dafür fehlt ihr die Masse. Am Ende ihres Lebens wird unsere Sonne auf knapp die Größe der Erde schrumpfen und als sogenannter „weißer Zwerg“ existieren. Dabei ändert sich die Masse der Sonne nicht, sie wird lediglich aufgrund ihrer eigenen Gravitation unglaublich dicht zusammengepresst. Ein weißer Zwerg mit der Masse unserer Sonne ist auch schon ziemlich nah an der größtmöglichen Masse dran, die so ein Zwerg besitzen kann. Bei dem 1,4-fachen unsere Sonnenmasse ist das sogenannte „Chandrasekhar-Limit“ erreicht. Ich will nicht zu sehr ins Detail gehen, aber bei einer größeren Masse würden sich die Elektronen im inneren des Zwergs schneller bewegen als das Licht, was nicht möglich ist. Auch stärken diverse Beobachtungsdaten dieses Limit, weswegen wir davon ausgehen können, dass es korrekt ist.

Auch ein weißer Zwerg kann sein Leben in einer Supernova aushauchen, dafür benötigt er allerdings einen Partner. Hat ein Stern einen Partner gefunden, die in einem gravitativen Einfluss zueinander liegen, so spricht man von einem Doppelsternsystem. Und wie überall sonst kommt es auch hier darauf an, dass man den passenden Partner gefunden hat. Der passende Partner für einen weißen Zwerg ist in diesem Fall ein Stern, der zur Kategorie der Hauptreihen- bzw. Riesensterne gehört. Stehen beide Sterne dicht genug beieinander, so strömt Materie vom großen Stern zum weißen Zwerg und lagert sich auf seiner Oberfläche an. Sobald genug Materie vorhanden ist, um die Temperatur des Sterns auf 10 Millionen Kelvin zu erhöhen, zündet erneut die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium. Diese thermonukleare Explosion ist als helles Leuchten, eine sogenannte „Nova“ für einige Zeit am Himmel zu sehen. Während dieser Nova werden die obersten Schichten, die sich auf dem Zwerg angelagert haben, quasi „abgesprengt“ und sind als Nebel noch Jahre nach der Explosion sichtbar. Dieses Spiel zwischen Anlagerung, Kernfusion und Explosion wiederholt sich im Rhythmus von ungefähr 10.000 Jahren, während die Masse des Zwergs immer weiter zunimmt und er sich munter durch das Periodensystem fusioniert. Irgendwann ist der kritische Punkt erreicht und der weiße Zwerg fusioniert Kohlenstoff, was im ganzen Stern zeitgleich einsetzt. Dieses Ereignis setzt Unmengen an Energie frei, was den weißen Zwerg in einer Supernova vom Typ 1a auseinanderreißt.
Die Supernova, die entsteht, wenn der Stern einen Eisenkern fusioniert, wird als Typ II Supernova bezeichnet und unterscheidet sich grundlegend von der erstgenannten.

Aber ein weißer Stern benötigt nicht zwingend einen übergroßen Partner, der ihm die Energie stellt, nein. Vor rund 2 Jahren konnten Forscher beobachten, wie zwei weiße Zwerge ihre Reise antreten, um in 700 Millionen Jahren miteinander zu verschmelzen.

Quelle: ESO/L. Calçada
Quelle: ESO/L. Calçada

Bei dieser Verschmelzung wird dann ebenfalls genügend Energie frei, um ihre Leben in einer gemeinsamen Supernova vom Typ 1a auszuhauchen.

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