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Samstag, 17.11.2018
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Das Licht der Leuchttürme

Warum sind die Supernovae so hell?

Und woher stammt nun das Licht, das Typ-Ia-Supernovae aussenden? Eine thermische Emission infolge der thermonuklearen Explosion scheidet als Erklärung aus: Die Explosionswolke fliegt mit sehr hoher Geschwindigkeit auseinander und kühlt zu schnell ab, um über Tage und Wochen für eine derart helle Erscheinung sorgen zu können.

Typische Lichtkurve einer Supernova vom Typ 1a – sie wird mit dem Zerfall des Nickels in Verbindung gebracht.

Nickelzerfall setzt Strahlung frei


Die durch das detaillierte Beobachten des Lichtabfalls in Typ-Ia-Supernovae belegte Theorie geht von einem Effekt der Nukleosynthese in der thermonuklearen Explosion aus – also der Bildung von Elementen bei der Kernfusion. Der Brennstoff des Sterns besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff und Sauerstoff, deren Hauptisotope im Kern die gleiche Anzahl von Protonen und Neutronen aufweisen.

Dementsprechend wird während des nuklearen Brennens das stabilste Metall-Isotop mit gleicher Protonen- und Neutronenzahl bevorzugt gebildet. Es handelt sich dabei um das Nickelisotop Nickel-56. Allgemein benötigen schwerere Kerne für ihre Stabilität jedoch einen leichten Überschuss an Neutronen. Deshalb zerfällt das Nickel-56 über Cobalt-56 zum stabilen Eisen-56, wobei Gammastrahlen und Positronen frei werden. Diese heizen das noch relativ dichte Material der Explosionswolke auf – und bedingen so die Emission von optischer Strahlung.

Unser Eisen kommt aus Sternexplosionen


Um die Helligkeit der meisten Typ-Ia-Supernovae zu erklären, ist der Zerfall von etwa einer halben Sonnenmasse Nickel-56 zu Eisen-56 nötig. Das ist auch der Grund dafür, warum Eisen auf der Erde ein relativ häufiges Element ist: Es ist das Zerfallsprodukt von radioaktivem Nickel, das in Supernova-Explosionen gebildet wird. Man nimmt an, dass etwa zwei Drittel des Eisens im Universum – und damit auch des Eisens auf unserer Erde – von Typ-Ia-Supernovae synthetisiert worden sind.

Somit fungieren Supernovae nicht nur als kosmische Leuchttürme – sie tragen auch wesentlich zur chemischen Entwicklung von Galaxien bei. Diese ist ein weiteres hochaktuelles Forschungsgebiet der Astrophysik. In Heidelberg wird es derzeit von mehreren Gruppen im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 881 „The Milky Way System“ bearbeitet.
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Friedrich Röpke, Universität Heidelberg/ Ruperto Carola
Stand: 06.05.2016
 
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