Die hellste Supernova aller Zeiten

Sterne [1] sind sehr heiß und bestehen aus Gas. In ihrem Inneren findet Kernfusion [1] statt; dabei wird - wie im Fall der Sonne [1] - Wasserstoff [1] zu Helium [1] fusioniert [1] - wie in einem riesigen unglaublich heißen Ofen. Geht der Ofen aus und ist der Stern (viel) schwerer als die Sonne, schrumpft der Stern ein wenig, wird heißer und kann Helium zu Kohlenstoff [1] fusionieren, usw. Die Brennkette funktioniert bis zum Element Eisen [1], das wir aus unserem Alltag auf der Erde kennen.

Das Endstadium eines Sterns
Doch das geht nicht beliebig lange so weiter: am Ende der Fusionskette verliert der Stern sein Gleichgewicht. Die Hitze der nach außen drängenden Gasteilchen wird nicht mehr durch die Anziehungskraft [1] des schweren Sternzentrums ausgeglichen. Der Ofen ist aus: der Stern kollabiert. Bei diesem Prozess wird oftmals die gesamte Materie des Sternes nach aussen weggeschleudert.

Wenn massereiche Sterne ihr Leben beenden, ist das Ereignis nicht nur mit dem Wegschleudern von Materie verbunden, sondern auch mit einem ungeheuren Energieausstoß. Ein derartiges Szenario bezeichnet man als Supernova [1]. Manchmal bleibt ein Sternrest zurück, beispielsweise ein Neutronenstern [1] oder ein Schwarzes Loch [1] oder etwas, das wir noch nicht kennen. (Abb. 1)

Abb. 1 Die Supernova aus dem Jahr 1054 [1] hinterließ den Supernovarest
des  Crabnebels [1] sowie einen schnell rotierenden Neutronenstern [1].
© wikipedia

Supernovae können heller leuchten als die sie umgebende Galaxie [1], allerdings meist nur für wenige Tage oder Wochen. Wenn unsere Teleskope [1] zufällig in die Richtung einer neuen Supernova gerichtet sind, können wir mithilfe der sog. Lichtkurve [1] Rückschlüsse auf ihren Ablauf und den Vorgängerstern [1] ziehen.

Die automatisierte Suche
Leider sind die großen lichtsammelnden Teleskope hauptsächlich mit der Beobachtung anderer Himmelsobjekte beschäftigt. Daher schuf man eine automatisierte Himmelsdurchmusterung, die den Sternenhimmel nach Supernovae absuchen soll, die All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN, gesprochen "assasin") [1].

ASAS-SN besteht aus einem Verbund von 8 Teleskopen; jedes Teleskop besitzt einen Durchmessser von jeweils 14 Zentimetern; die Teleskope befinden sich in Chile und Hawaii, für die Himmelsbeobachtung ausgezeichnete Orte. Seit dem Jahr 2014 hat die Durchmusterung bereits etwa 250 Supernovae entdeckt.

Der neue Rekordhalter
Die Bezeichnung des neues Rekordhalters: ASAS-SN-15lh [1]. Die Supernova wurde bereits am 14. Juni 2015 mithilfe der Zusammenarbeit von Astronomen und Amateurastronomen entdeckt (Abb. 2). Die Supernova zeigte sich sogar auf Aufnahmen vom 8. Mai 2015. Nach der Meldung der Entdeckung wurde die Supernova mit zahlreichen grossen Teleskopen beobachtet und vermessen.

Abb. 2 Falschfarbenaufnahmen der Galaxie vor (links) und nach (rechts) der neu auftretenden Supernova ASAS-SN-15lh (rote vertikale Markierung).
© TheDarkEnergySurvey/B. Shappee/ASAS-SN-Team

Zum Zeitpunkt ihres (zurückverfolgten) Helligkeitsmaximums am 5. Juni 2015 strahlte die Supernova 20 mal heller als unsere Milchstraße [1],
200 mal heller als eine "normale" Supernova und etwa 570 Milliarden mal heller als unsere Sonne. Die Beobachtungen enthüllen, dass ASAS-SN-15lh innerhalb der ersten vier Monate nach ihrem Ausbruch so viel Energie abgestrahlt hat wie unsere Sonne, wenn sie eine Lebensdauer von 90 Milliarden Jahren besäße.

Wie würde man ASAS-SN-15lh in unserer Nähe sehen?
Wenn die neue Supernova in der Milchstraße aufgetreten wäre, hätte man sie ganz einfach mit dem bloßen Auge beobachten können und das sogar am Taghimmel. Wäre ASAS-SN-15lh etwa 10.000 Lj von uns entfernt, würde sie am Nachthimmel so hell leuchten wie der aufgehende helle Mond. (Abb. 3)

Abb. 3 Künstlerische Darstellung der rekordverdächtigen superhellen Supernova ASAS-SN-15lh aus einer Entfernung von rund 10.000 Lj gesehen.
© Bejing Planetarium/J. Ma

Am Ort des sonnennächsten Sterns Sirius (α CMa, Sternbild Grosser Hund) [1], dem hellsten Stern des Nachthimmels, in 8,6 Lj Entfernung, würde diese Supernova fast so hell strahlen wie die Sonne bei uns am Taghimmel.

Am Ort des Zwergplaneten Pluto [1] würde die von der Supernova ASAS-SN-15lh abgegebene Energie die Erde sogar verdampfen lassen, auserdem sämtliche andere Planeten des Sonnensystems [1].

Woher stammt diese enorme Energie?
Die Auswertung spektraler Beobachtungen [1] der Supernova zeigt, dass ASAS-SN-15lh chemische Elemente ausgeschleudert hat, die keiner anderen bisher bekannten Supernova gleichen. Das Spektrum [1] zeigt lediglich eine gewisse Ähnlichkeit zur Supernova iPTF13ajg [1], dem bisherigen Rekordhalter in Sachen Entfernung.

Die Supernova iPTF13ajg gehört zur Gruppe der sog. wasserstoffarmen extrem leuchtstarken Supernovae(hpSLSN) [1]. Diese Art Supernova ist um rund zwei Größenklassen [1] heller, wesentlich seltener als gewöhnliche Supernovae und tritt vermehrt in kleinen schwach leuchtenden Galaxien, sog. Zwerggalaxien [1], mit aktueller Sternentstehung [1] auf - ganz anders als das neue Objekt ASAS-SN-15lh. Die Energiequellen und Vorgängersterne [1] dieser Supernovae sind bisher grösstenteils unverstanden.

Abb. 4 Künstlerische Darstellung eines Magnetars.
Bei diesen Sternresten handelt es sich um die magnetischsten Objekte des Universums, superschnell rotierende Neutronensterne mit exotischen Eigenschaften. © NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Erklärung der enormen Helligkeit

Möglicherweise könnte die enorme Energie, die im Magnetfeld eines Magnetars (rund 100 Billionen Gauss [1]) steckt, dafür sorgen, dass die Supernova mit zusätzlicher Energie versorgt wird und heller wird als normaler Supernovae.

Ob das Magnetar-Szenario zur Erklärung der enormen Helligkeit von ASAS-SN-15lh ausreicht, ist unklar. Ein derartiger Magnetar müsste sich mindestens 1.000 Mal pro Sekunde um sich selbst drehen, ein sog. Millisekunden-Magnetar [1]. Dabei müsste der Magnetar seine gesamte Rotationsenergie [1] in Strahlung umwandeln. Es ist fraglich, ob die Gesetze der Physik die Existenz eines derart extremen Sternrestes zulassen.

Eine andere Möglichkeit die enorme Helligkeit von ASAS-SN-15lh zu erklären wäre ein enorm grosser Stern. Auch diese Erklärung steht physikalisch in Frage. Andere Wissenschaftler [3] schlagen dagegen als Motor der Supernova einen exotischen Quark-Stern [1] vor.

Die neue extrem helle Supernova gibt den Wissenschaftlern Rätsel auf. Falls es sich bei dem Objekt ASAS-SN-15lh tatsächlich um eine Supernova handelt, wäre es die hellste Supernova, die es jemals gegeben hat.

Alternative Interpretationsmöglichkeiten
Möglicherweise befindet sich die helle Supernova im Zentrum einer großen Galaxie; in diesem Fall wäre das beobachtete helle Objekt kein Magnetar und das Ereignis keine Supernova. Vielmehr könnte es sich um eine unüblich hohe Aktivität um ein supermassereiches Schwarzes Loch [1] handeln, möglicherweise sogar um ein neues physikalisches Phänomen. Dabei spielt vielleicht die Energie aus der Umgebung des Objektes eine Rolle, die relativistische Jets [1], energiereiche Auswürfe von heißem Material, auslösen könnte.

Nun sollen Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble (Hubble Space Telescope) [1] helfen diese Fragen zu beantworten. Mithilfe des Hubble-Teleskops kann beispielsweise die die Supernova umgebende Galaxie untersucht werden.

Falls Sie Fragen und Anregungen zu diesem Thema haben, schreiben Sie uns unter kontakt@ig-hutzi-spechtler.eu

Ihre
IG Hutzi Spechtler – Yasmin A. Walter

Quellenangaben:

[1] Mehr Information über astronomische Begriffe
www.wikipedia.de

[2] Dong, S., et al., Science, Vol. 351, Issue 6270, pp. 257-260 (2016)

[3] Dai, Z.G., et al. (31 Aug 2015)

[4] Bersten, M.C., et al., ApJL (27 Dec 2015)

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