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Samstag, 10.12.2016
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Dramatische Explosion eines Riesensterns

Erste direkte Beobachtung der Supernova eines extrem massereichen Sterns

Was passiert, wenn ein Stern explodiert, der fünfzigmal größer ist als die Sonne? Bisher konnte eine solche Supernova eines Riesensterns noch nie direkt beobachtet werden, Doch jetzt ist es Astronmen erstmals gelungen. Sie wurden Augenzeugen, wie die gewaltige Masse des Sterns in sich zusammenbrach und ein großes Schwarzes Loch entstand.
Das Relikt einer Supernova, hier der Crab-Nebula.

Das Relikt einer Supernova, hier der Crab-Nebula.

Obwohl man die Explosion von Sternen - Supernovae - bereits sowohl mit bloßem Auge als auch mit Hightech-Forschungssatelliten verfolgt hat, hat noch niemand direkt beobachtet, was passiert, wenn ein wirklich riesiger Stern kollabiert. Dr. Avishay Gal-Yam aus dem Fachbereich Physik am Weizmann Institut und Professor Douglas Leonard von der San Diego State University haben kürzlich die Masse
eines gigantischen Sterns kurz vor seiner Explosion kalkuliert und danach die Explosion und ihre Nachwirkungen verfolgt. Ihre Forschungsergebnisse unterstützen die vorherrschende Theorie, dass Sterne, die mehr als zehn- bis hundertmal soviel Masse als unsere Sonne haben, als schwarzes Loch
enden.

Das Ende eines Sterns wird von seiner Entstehung an von seiner Größe und von dem "Kraftwerk" bestimmt, das ihn während seiner Existenz leuchten läßt. Sterne - und dazu zählt auch unsere Sonne - werden von Wasserstoff-Kernen aufgeheizt, die aufgrund der starken Hitze und des Drucks im Innern des Kerns zu Helium verschmelzen. Ein Helium-Kern ist etwas leichter as die Summe der Masse der vier Wasserstoff-Kerne, die ihn entstehen ließen. Durch Einsteins Relativitättheorie (E=MC2) wissen wir, dass die fehlende Masse als Energie freigesetzt wird.

Dramatisches Ende eines massereichen Sterns


Wenn Sterne wie unsere Sonne ihren Wasserstoff-Treibstoff aufbrauchen, verbrennen sie relativ ruhig und verpuffen. Aber ein Stern, der achtfach oder gar noch weitaus größer als die Sonne ist, verschwindet auf weit dramatischere Weise. Eine Nuklearfusion geht auch nach Aufbrauch des Wasserstoffs weiter und produziert schwerere Elemente in den verschiedenen Schichten des Sterns.


Wenn dieser Prozess bis zu dem Punkt voranschreitet, dass der Kern des Sterns sich in Eisen verwandelt, dominiert ein weiteres Phänomen: Die enorme Hitze und der große Druck im Zentrum des Sterns lassen den Eisenkern in seine Proton- und Neutronkomponenten zerspringen, woraufhin das Kerngehäuse und die Schicht darüber nach innen kollabieren und den Rest des Sternmaterials sehr
rasch in einem Supernova-Blitz ins All abfeuern.

Mehr Energie als die Sonne ihre gesamtes Leben


Eine Supernova setzt in wenigen Tagen mehr Energie frei als die Sonne dies in ihrer gesamten Lebenszeit tut und die Explosion ist so hell, dass sie hunderte von Lichtjahren entfernt sogar bei Tageslicht auf der Erde gesehen werden kann. Während die äußeren Schichten einer Supernova das Universum mit schillernden Feuerwerken aufhellen, fällt der Stern zunehmend mehr in sich
zusammen.

Die Schwerkraft, die bei diesem Kollaps entsteht, wird so stark, dass die Protonen und Elektronen zu Neutronen zusammengepresst werden und der Kern des Sterns wird von einem Umfang von 10.000 Kilometern Umfang auf einen von nur zehn Kilometern reduziert. Allein eine gefüllte Kiste mit Material dieses Sterns wiegt soviel wie die gesamte Erde. Aber wenn der explodierende Stern zwanzigmal mehr Masse als unsere Sonne oder gar mehr hat, sagen die Wissenschaftler, wird seine Gravitationskraft so mächtig, dass sogar Lichtwellen an einem Platz verbleiben. Solch ein Stern - ein schwarzes Loch - ist in jeder Hinsicht unsichtbar.

Erstmals Supoernova eines Sterns schwerer als 20 Sonnen


Bisher besaß keiner der Supernovae-Sterne, die Wissenschaftler messen konnten, mehr Masse als 20 Sonnen. Gal-Yam und Leonard betrachteten eine bestimmte Region im All mit Hilfe des Keck-Teleskops auf Mauna Kea in Hawaii und des Hubble-Space-Teleskops. Bei der Identifizierung des Sterns kurz vor seiner Explosion kalkulierten sie seine Masse als vergleichbar mit der von 50-100 Sonnen.

Weitere Beobachtungen enthüllten, dass nur ein kleiner Teil der Sternmasse bei der Explosion abgestoßen wurde. Das meiste Material, sagt Gal-Yam, wurde mit steigender Gravitationskraft in den kollabierenden Kern gezogen. In nachfolgenden Teleskop-Abbildungen dieses Abschnitts im Himmel
schien der Stern verschwunden zu sein, das heißt der Stern war nun ein Schwarzes Loch geworden - so dicht, dass kein Licht entfliehen konnte.
(Weizmann Institut, 24.03.2009 - NPO)
 
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