Die hellste Supernova, die jemals gesehen wurde, wurde von einem Weißen Zwerg verursacht, der sich in einen Roten Riesen verwandelte

Superleuchtende Supernovae sind die hellsten Explosionen im Universum. In nur wenigen Monaten kann eine superleuchtende Supernova so viel Energie freisetzen wie unsere Sonne in ihrer gesamten Lebensdauer. Und auf seinem Höhepunkt kann es so hell sein wie eine ganze Galaxie.

Eine der am besten untersuchten superleuchtenden Supernovae (SLSN) heißt SN 2006gy. Sein Ursprung ist ungewiss, aber jetzt sagen schwedische und japanische Forscher, dass sie möglicherweise herausgefunden haben könnten, was ihn verursacht hat: eine katastrophale Interaktion zwischen einem Weißen Zwerg und seinem massiven Partner.

SN 2006gy ist etwa 238 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Perseus. Es ist in der Spiralgalaxie NGC 1260 . Es wurde, wie der Name schon sagt, im Jahr 2006 entdeckt und von Astronomenteams mit dem Chandra-Röntgenobservatorium, dem Keck-Observatorium und anderen untersucht.

„Das war eine wahrhaft monströse Explosion, hundertmal energiereicher als eine typische Supernova.“

Nathan Smith, UC Berkeley

Als SN 2006gy entdeckt wurde, leitete Nathan Smith von der UC Berkeley ein Team von Astronomen der UC und der University of Texas in Austin. „Dies war eine wahrhaft monströse Explosion, hundertmal energiereicher als eine typische Supernova“, sagte Smith. „Das bedeutet, dass der explodierte Stern möglicherweise so massiv war, wie ein Stern nur sein kann, etwa das 150-fache unserer Sonne. Das haben wir noch nie gesehen.“

Diese Art von Sternen existierte hauptsächlich im frühen Universum, dachten Astronomen damals. Diese Explosion zu beobachten gab Astronomen einen seltenen Blick auf einen Aspekt des frühen Universums.

Dieses Diagramm zeigt die Eigenhelligkeit von SN 2006gy und wie es sich im Laufe der Zeit verändert. Die Grafik zeigt auch, wie viel heller SN 2006gy im Vergleich zu typischen Beispielen der beiden wichtigsten Supernova-Klassen ist. Supernovae vom Typ Ia beinhalten die thermonukleare Explosion eines Weißen Zwergs und Supernovae vom Typ II sind der Kollaps eines massereichen Sterns. Auch die berühmte Supernova SN 1987A wird gezeigt. SN 2006gy wird nicht nur viel heller als andere Supernovae, sondern bleibt auch viel länger sehr hell. Von NASA/CXC/UC Berkeley/N. Smith et al.

Nicht nur die Energieleistung des SN 2006gy erregte Aufsehen. Das SLSN zeigt einige merkwürdige Emissionslinien, die Astronomen verwirrt haben. Nun glaubt ein Forscherteam, entdeckt zu haben, was hinter SN 2006gy steckt. Ihr Papier trägt den Titel „ Eine Supernova vom Typ Ia im Herzen des überleuchtenden transienten SN 2006gy .“ Es ist in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Das Team umfasst Forscher der Universität Stockholm in Schweden und Kollegen der Universität Kyoto, der Universität Tokio und der Universität Hiroshima. Das Team sah Emissionslinien von Eisen, die erst etwa ein Jahr nach der Supernova erschienen. Sie untersuchten mehrere Modelle, um das Phänomen zu erklären, und einigten sich auf eines.

Eine Hubble-Wide-Field-Kamera-Aufnahme von SN 2006 gy und ihrer Galaxie NGC 1260. Bildquelle: Bild: Fox, Ori D. et al. Mon.Not.Roy.Astron.Soc. 454 (2015) Nr. 4

„Niemand hatte getestet, um Spektren von neutralem Eisen, d. h. Eisen, bei dem alle Elektronen zurückgehalten wurden, mit den nicht identifizierten Emissionslinien in SN 2006gy zu vergleichen, da Eisen normalerweise ionisiert ist (ein oder mehrere Elektronen entfernt). Wir haben es ausprobiert und mit Aufregung gesehen, wie sich Linie um Linie genau wie im beobachteten Spektrum aneinanderreiht“, sagt Anders Jerkstrand, Institut für Astronomie der Universität Stockholm.

„Noch spannender wurde es, als sich schnell herausstellte, dass für die Herstellung der Linien sehr viel Eisen benötigt wurde – mindestens ein Drittel der Sonnenmasse –, was einige alte Szenarien direkt ausschloss und stattdessen ein neues aufdeckte.“

Die neue beinhaltete einen Stern, der zur Supernova wurde und mit einer bereits existierenden dichten Hülle aus zirkumstellarem Material interagierte.

Ein Chandra-Röntgenbild von SN 2006gy (oben rechts) und dem Zentrum seiner Galaxie, NGC 1260. Zu dieser Zeit war dies die hellste jemals aufgezeichnete Sternexplosion. Bildquelle: Von NASA/CXC/UC Berkeley/N.Smith

Nach den Ergebnissen des Teams startete SN 2006gy als Doppelstar. Ein Stern war ein weißer Zwerg von ähnlicher Größe wie die Erde. Der zweite war ein massereicher, wasserstoffreicher Stern, der so groß war wie unser gesamtes Sonnensystem. Das Paar befand sich in einer engen Umlaufbahn.

Der größere Stern befand sich in den späteren Stadien der Evolution und dehnte sich aus, als neuer Brennstoff gezündet wurde. Als sich seine Hülle ausdehnte, wurde der Weiße Zwerg in den größeren Stern hineingezogen und drehte sich spiralförmig in Richtung Zentrum.

Während der Einwindung des Weißen Zwergs vertrieb der massereichere Stern einen Teil seiner Hülle. Das geschah weniger als ein Jahrhundert vor der Supernova. Schließlich erreichte der Weiße Zwerg das Zentrum und wurde instabil. Dann explodierte sie als Supernova vom Typ Ia. Als die Supernova explodierte, krachte das Material in die ausgestoßene Hülle. Diese gigantische Kollision erzeugte die extreme Lichtleistung und die merkwürdigen Emissionslinien des SN 2006gy.

Künstlerische Illustration eines binären Paares mit einem weißen Zwerg. Der Vorfahre von SN 2006gy war ein binäres Paar, das einen Weißen Zwerg und einen massiven Stern umfasste. Bildquelle: NASA/Casey Reed.

„Dass eine Supernova vom Typ Ia hinter SN 2006gy zu stecken scheint, stellt die Meinung der meisten Forscher auf den Kopf“, sagt Anders Jerkstrand.

„Dass sich ein Weißer Zwerg in einer engen Umlaufbahn mit einem massereichen wasserstoffreichen Stern befinden und beim Fallen ins Zentrum schnell explodieren kann, liefert wichtige neue Informationen für die Theorie der Doppelsternentwicklung und die Bedingungen, die für die Explosion eines Weißen Zwergs erforderlich sind.“

SN 2006gy war extrem hell, aber andere sind nah dran.

Eine andere Supernova, SN 2005ap, war heller als SN 2006gy, aber nur auf ihrem Höhepunkt. Die Spitzenhelligkeit von SN 2005ap hielt nur wenige Tage an. Dann gibt es noch SN 2015L (auch ASASSN-15lh genannt), das noch heller war. Obwohl es eine superleuchtende Supernova zu sein schien, ist ihre Natur immer noch umstritten . Bei höchster Helligkeit war SN 2015L 570 Milliarden Mal heller als die Sonne und 20 Mal heller als das kombinierte Licht der Milchstraße.

Mehr:

• Pressemitteilung: Neue Erkenntnisse über die hellsten Explosionen im Universum
• Forschungsbericht: Eine Supernova vom Typ Ia im Herzen des überleuchtenden transienten SN 2006gy
• Wikipedia: Superleuchtende Supernovae