Supernovae

2018-09-24 17:13:04

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Eine Supernova gehört wahrscheinlich zu den spektakulärsten Himmelserscheinungen, die man in der Astronomie untersucht und die man gelegentlich sogar mit bloßem Auge beobachten kann.

Man schätzt, dass in unserer Milchstraße etwa fünf Supernovae im Jahrhundert vorkommen, von denen allerdings längst nicht alle von der Erde aus beobachtet werden können, sei es weil sie sich am anderen Ende der Galaxis stattfinden oder weil sie sich hinter einer Staub- und Gaswolke verstecken. Und die Supernovae, die von der Erde aus beobachtbar sind, werden leicht übersehen, weil ihr Ausbruch nur einige Tage anhält - da heutzutage ständig Teleskope in den Weltraum gerichtet sind, entgehen sie den Astronomen aber nicht mehr.

Zu einer Supernovae kann es kommen, wenn ein Stern mit mehr als 1,4 Sonnenmassen am Ende seines Lebens einen großen Teil seiner Materie mit einer heftigen Explosion in den Weltraum bläst. Bei diesen Ausbrüchen steigt die Helligkeit innerhalb von Stunden auf das bis zu 10 Milliardenfache unserer Sonne, so dass in der Vergangenheit einige Supernovae sogar tagsüber mit bloßem Auge zu sehen waren.

Neben der Supernova gibt es auch die Nova und Zwerg Novae. Man klassifiziert diese Himmelserscheinungen anhand der Charakteristik, wie sich ihre Helligkeit im Lauf der Zeit verändert.

Bei der Nova handelt es um ein Doppelsternsystem aus einem Roten Riesen und einem Weißen Zwerg. Der Rote Riese verliert hier Materie an den Weißen Zwerg, auf dem es dann zu einer Explosion kommen kann, wenn Dichte und Temperatur des aufgesaugten Gases einen kritischen Wert übersteigen.

Bei der Zwergnova beobachtet man nur schwache Helligkeitsschwankungen, auf die plötzlich Ausbrüche von einigen Tagen Dauer folgen. Danach geht die Helligkeit wieder auf den Ursprünglichen Weg zurück. Auch hier handelt es sich um ein Doppelsternsystem aus einem Weißen Zwerg und einem unentwickelten Zwergstern, der Wasserstoffreiche Materie n seinen Partner abgibt. Beide Sterne verfügen über eine gemeinsame Gashülle.

Bei der Supernova schließlich unterscheidet man wiederum zwei Typen. Bei beiden erfolgt der Anstieg der Helligkeit langsamer als bei der Nova. Bei der Supernova vom Typ I fällt die Helligkeit zunächst steil ab und geht nach 25 bis 40 Tagen in einen langsameren exponentiellen Verlauf über. Bei Typ II Supernovae fällt die Helligkeit etwas weniger Steil und dann unregelmäßig bis etwa 90 Tage nach dem Maximum, danach wieder ähnlich wie Typ I.

Die Typ II Supernova geht vermutlich auf den Gravitationskollaps eines Eisen-Nickel-Kerns zurück. Im Laufe des Sternenlebens sammelt sich das Eisen, das bei der Fusion leichterer Elemente entsteht, im Kern an. Überschreitet der Kern eine kritische Masse - die Chandrasekhar-Masse - dann können die Atome dem Gravitationsdruck nicht mehr standhalten und die Elektronen werden in den Atomkern gedrückt, wo sie mit den Protonen unter Aussendung von Neutrinos zu Neutronen verschmelzen.

Die sich ausbreitende Druckwelle zerreißt dann den Stern in einer Supernovaexplosion vom Typ II. Der Stern verliert dabei bis zu 5 Sonnenmassen an Materie. Was dann schließlich von dem Stern übrig bleibt ist wieder von der Restmasse abhängig, in der Regel wird es sich um einen Neutronenstern handeln - quasi ein einziger Atomkern von einigen Kilometern Größe - und eine Hülle aus Gas, die sich mit etwa 15.000km/s ausbreitet.

Diese Neutronensterne machen sich häufig als Radioquellen an der Stelle bemerkbar, wo zuvor der Stern war, oder sogar als Pulsar, der durch seine Rotation ein Funkfeuer aus Röntgen- oder Radiostrahlung in den Weltraum schickt. Wenn die Masse des Restes zwei bis drei Sonnemassen übersteigt, kollabiert der Sternenrest zu einem Schwarzen Loch.

Die entstehenden Nebel, die noch nach vielen tausend Jahren auf das gewaltsame Ende eines Sterns hindeuten können Ausdehnungen von einigen hundert Lichtjahren erreichen, wie zum Beispiel Cassiopeia A oder der Krebsnebel - der Rest einer Supernovae aus dem Jahr 1054 - und beeinflussen den umgebenden Weltraum auf vielfältige weise.

Sterne mit so großer Masse haben nur eine relativ kurze Lebenserwartung von 10 Millionen Jahren, so kommt es, dass junge Sternhaufen in denen sich diese Riesen bilden, sehr reich an Supernovae sein können.

Wird hingegen ein Weißer Zwerg in einer Thermonuklearen Reaktion zerstört, kann man eine Supernovae vom Typ I beobachten. Zu der Reaktion kommt es, wenn in dem Zwergstern Kohlenstoff oder Helium explosionsartig durch den ganzen Stern hindurch plötzlich entzündet werden und bei der Kernverschmelzung gewaltige Energiemengen freisetzen, die den Stern zerreißen. Es wird unter Astrophysiker allerdings auch die Möglichkeit diskutiert, dass es sich bei diesem Typ um den Zusammenstoß zweier weißer Zwerge handelt.

Abgesehen von den spektakulären Himmelsereignissen spielen Supernovae aber auch eine bedeutende Rolle in der Entwicklung von Sternen und bilden die Grundlage für Leben im Universum. Die gewaltigen Energien, die bei einer Supernova frei werden, können Wasserstoffwolken in der Umgebung komprimieren, so dass in diesen Bereichen die Sternbildung angeregt wird.

Darüber hinaus reichern Supernovae den umgebenden Weltraum mit schweren Elementen an, die nur in einer Supernovaexplosion entstehen können. Schwere Metalle wie Zink, Gold oder Platin und Radioaktive Elemente wie Uran - im Grunde alles was schwerer ist als Eisen - können nur unter den extremen Bedingungen einer Supernova entstehen, wenn die gewaltigen Energien ausreichen die Vorläuferelemente zu den schweren Elementen zu verschmelzen.

Diese neuen Elemente kann man in Sternen der zweiten Generation finden und ohne sie wäre die Entwicklung von Leben nicht möglich, da es genau diese Spurenelemente sind, die das Leben braucht, um sich entwickeln zu können. Anhand des Lichts, das uns von den Sternen erreicht, kann man die für die einzelnen Elemente charakteristischen Spektrallinien identifizieren.

Sehr alte Sternensysteme enthalten diese Elemente nicht, weshalb sich auf ihnen wahrscheinlich kein Leben entwickelt hat, erst wenn vor der Entstehung des Sterns eine Supernova den umgebenden Raum mit den neuen Elementen geimpft hat, ist Leben möglich.

Aber eine Supernova spendet nicht nur Leben, sie kann es auch vernichten, wie Narciso Benítez und Jesús Maíz-Apellániz an der Johns Hopkins University, und die Biologin Matilde Cañelles am National Institutes of Health behaupten.

Sollte eine Supernova in weniger als 25 Lichtjahren von der Erde explodieren, würde sie alles Leben auf der Erde vernichten. Glücklicher weise befinden sich nur wenige gefährdete Sterne so nahe an der Erde. Aber im 300 Lichtjahre entferntem Sternhaufen Scorpius-Centaurus fanden in den letzten 10 Millionen Jahren etwa 20 Supernovae statt. Der Scorpius-Centaurus ist eine besonders aktive Quelle für Supernovae, weil hier viele junge Sterne entstehen.

Vor etwa zwei Millionen Jahren war Scorpius-Centaurus näher an der Erde - vielleicht 120 Lichtjahre. So nahe, dass Klaus Knie von der Technischen Universität München Eisenisotope in Ozeansedimenten nachweisen konnte, die möglicherweise auf Supernovaexplosionen aus diesem Sternhaufen zurückzuführen sind.

Diese Supernovae könnten die Ozonschicht der Erde schwer beschädigt haben und damit für das eine oder andere plötzliche Artensterben auf der Erde verantwortlich sein.


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