Farbenprächtige Sternleiche

NASA-Weltraumteleskop Chandra macht bislang besten Schnappschuss eines Supernova-Überrestes

Bereits im März 2000 nahm das NASA-Röntgenteleskop den Supernova-Überrest G292.0+1.8 für knapp zwölf Stunden unter die Lupe und schoss dabei farbenfrohe Bilder. Jetzt visierte das Weltraumfernrohr diese Region erneut an – dieses Mal sogar 142 Stunden lang. Daher verwundert es nicht, dass nunmehr noch farbenprächtigere Astrofotos vorliegen, auf denen detailreiche Strukturen von bisher noch nicht da gewesener Schärfe des Supernova-Relikts zu sehen sind. Unter den Resten der Sternenexplosion machte Chandra zudem die Bausteine für künftige stellare und planetare Generationen aus. Sauerstoff, Neon und Silizium scheint es hier in Hülle und Fülle zu geben.

Alte Chandra-Aufnahme des Supernova-Überbleibsels G292.0+1.8 aus dem Jahr 2000. Bild: NASA/CXC/Rutgers/J.Hughes et al

Wenn Sterne funkeln, Gammastrahlenblitze aufleuchten oder Neutronensterne periodisch pulsieren, erhalten Astronomen zugleich interstellare oder intergalaktische Kosmogramme aus ferner Vergangenheit, die, werden sie richtig gelesen und interpretiert, höchst informativen Gehalt haben können. Und richtig hingeschaut hat kürzlich ein US-Astronomenteam mit dem NASA-Weltraumobservatorium Chandra, das einen bekannten Supernova-Überrest ausgiebig studierte.

Zu einer Supernova kommt es, wenn ein massereicher Stern mit mindestens acht (in Binärsystemen kann sie geringer sein) und maximal 20 Sonnenmassen (hier differieren die Werte) in einer gewaltigen Explosion zu einem Neutronenstern bzw. Pulsar (rotierender Neutronenstern) kollabiert – einem extrem kompakten Körper, bei dem gewissermaßen alle Neutronen dicht an dicht liegen. Die stellaren Überreste, die infolge der Explosion ins Weltall hinausgeschleudert werden, offenbaren sich uns im elektromagnetischen Spektrum in verschiedenen Wellenlängen auf höchst pittoreske Weise: in Gestalt einer Supernova-Schale, die mit einer langsam abnehmenden Geschwindigkeit (circa 6000 Kilometer in der Sekunde) ins All auseinanderdriftet, während der Kern, das eigentliche Zentralobjekt, scheinbar bewegungslos und unsichtbar im Hintergrund, besser gesagt im Zentrum weilt.

„Vor“ (rechts) und „nach“ der Explosion (links) von SN1987A. Bild: Anglo-Australian Observatory

Im Zuge der Supernova-Explosion gelangen die im Inneren des ehemaligen Sterns generierten Elemente in den freien Raum. Signifikant für Supernovae ist deren unglaubliche Leuchtkraft. Im Vergleich zum Ex-Stern emittiert diese Region millionen- bis milliardenfach stärker als zuvor. Für kurze Zeit erstrahlt sie so hell wie eine ganze Galaxie.

Wie lichtintensiv ein solches Spektakel in natura aussieht, davon durften sich Astronomen vor 20 Jahren selbst ein Bild machen, als am 23. Februar 1987 am Südhimmel mit SN1987A die hellste Supernova seit der Keplerschen Supernova von 1604 aufleuchtete.

Supernova-Überrest IC 443 mitsamt Neutronenstern. Bild: Chandra X-ray: NASA/CXC/B.Gaensler et al; ROSAT X-ray: NASA/ROSAT/Asaoka & Aschenbach; Radio Wide: NRC/DRAO/D.Leahy; Radio Detail: NRAO/VLA; Optical: DSS

Irgendwann vor 170.000 Jahren spielte sich fernab der Erde ein kosmisches Drama ab, in dem sich ein unauffälliger blauer Überriesenstern von der kosmischen Bühne lautlos, aber lichtreich verabschiedete. Nach einer 170.000 Jahre währenden trostlosen Odyssee traf das Licht von SN1987A auf die Erde und erleuchtete den südlichen Nachthimmel, wo SN1987A eine Zeit lang zur Attraktion des Südhimmels avancierte. Die Intensität dieser Supernova war derart stark, dass damals sogar Elementarteilchenexperten mit dem Kamiokande-Detektor in Japan rein zufällig elf Neutrinos nachweisen konnten. Bis auf den heutigen Tag sind diese elf Partikel die einzigen lokalisierten Neutrinos, die nachweislich von einer Supernova stammen.

Chandra – seit 1999 erfolgreich im All. Bild: CXC/NGST/NASA

Jetzt hat das bislang sehr erfolgreich operierende NASA-Röntgenteleskop Chandra wieder Photonen einer Supernova eingefangen, aus denen die NASA-Wissenschaftler ein farbiges Bild komponierten. Im Gegensatz zu dem SN1987-Ereignis, das die Astronomen seinerzeit kurz „vor“ und „nach“ dem Ausbruch observierten, handelt es sich bei dem Objekt um eine schon seit Längerem bekannte astrale Ruine einer Supernova namens G292.0+1.8, die sich vor 1600 Jahren unserer Zeitrechnung ereignete.

Das seit 1967 bekannte Supernova-Überbleibsel G292.0+1.8 wurde in der Vergangenheit schon mehrfach anvisiert – auch von Chandra. Das circa 20.000 Lichtjahre von der Erde entfernte Objekt ist eines von (nur) drei bekannten seiner Art in der Milchstraße, die große Mengen an Sauerstoff enthalten.

Neue Chandra-Aufnahme des Supernova-Überrestes GS292.0+1.8. Das Bild beruht auf einer Kombination von verschiedenen Chandra-Daten (rot, orange, grün, blau entsprechend der verschiedenen Energiebänder) mit einer Aufnahme, die im sichtbaren Bereich des Lichtes (weiß) gemacht wurde. Bild: NASA / CXC / Penn State/S.Park et al. (Röntgen); Pal.Obs. DSS (optisch)

Mittels der im Rahmen einer sechstätigen Beobachtungssequenz gesammelten Chandra-Daten erhielten die NASA-Forscher nicht nur einen Einblick in die letzte Phase im Leben eines Sterns, sondern auch Informationen über die Verteilung der chemischen Elemente in bzw. um G292.0+1.8. Außer Sauerstoff befinden sich in dem expandierenden stellaren Trümmerfeld Elemente wie Neon und Silizium. Sie wurden im Innern des ehemaligen Sterns durch Fusionsprozesse kreiert. "Wir stellen fest, dass jeder Supernova-Überrest auf seine Weise sehr kompliziert und zugleich wunderschön ist, ähnlich einer Schneeflocke", verdeutlicht Projektleiter Sangwook Park von der Penn State University in Pennsylvania (USA).

Neue Chandra-Aufnahme des Supernova-Überrests GS292.0+1.8 im harten Röntgenlicht. Bild: NASA/CXC/Penn State/S.Park et al.

Aus den in verschiedenen Energiebereichen der Röntgenstrahlung extrahierten Daten konnten die Forscher um Sangwook Park ablesen, dass die Explosion und die daraus resultierende Verteilung der Materie damals nicht symmetrisch verlief. Während auf dem neuen Astrofoto die chemischen Elemente Silizium und Schwefel (blau) und Magnesium (grün) im rechten oberen Bereich das Bild bestimmen, verteilen sich links vielmehr gelbe und orange Farben (Sauerstoff). Da diese Elemente jeweils bei unterschiedlichen Temperaturen anfangen zu strahlen, deutet dies darauf hin, dass die Temperaturen in der oberen rechten Region höher liegen als in den restlichen Bereichen von G292.0+1.8.

Der Pulsar von GS292.0+1.8 mitsamt Pulsarwind. Bild: NASA/CXC/Penn State/S.Park et al

Der Pulsar bzw. der rotierende Neutronenstern befindet sich nicht im Zentrum des Bildes, sondern ist leicht nach links unten versetzt. Dass die nach der Supernova übrig gebliebene Sternleiche derweil nicht im „Mittelpunkt“ des Geschehens steht, führen die Forscher auf den Rückstoßeffekt der unsymmetrischen Explosion zurück. Er katapultierte den Pulsar dereinst aus dem eigentlichen Zentrum.

Künstlerische Darstellung des Pulsar PSR B1257+12, um den mindestens drei Planeten kreisen. In seinem Orbit entdeckten Radioastronomen 1992 den ersten Exoplaneten. Jahre später lokalisierten Planetenjäger in dieser Region zwei weitere extrasolare Planeten. Credit: NASA/JPL-Caltech

Chandra enthüllte noch ein weiteres spannendes Detail: einen hellen Gürtel aus Röntgenstrahlung, der sich quer über das Zentrum des Supernovarelikts erstreckt. Nach Ansicht des Chandra-Teams entstand dieser, als der sterbende Stern kurz vor seiner Explosion Material durch äquatoriale Winde nach außen ins All schleuderte. Die Ausrichtung des glühenden Gürtels weist darüber hinaus darauf hin, dass der Stern offenbar vor und nach seiner Explosion die gleiche Rotationsachse behielt. Denn der sogenannte pulsare Windnebel, eine magnetisierte Blase von energiereichen Teilchen, die die Rotationsachse des Pulsars anzeigt, verläuft genau senkrecht zu diesem Gürtel.

Hinter dieser quallenartigen Struktur verbirgt sich der 150.000 Lichtjahre entfernte Supernova-Überbleibsel N63A, dessen Licht uns erstmals vor circa 2000 Jahren erreichte. Bild: NASA, ESA, HEIC, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

"Die Entdeckung des Pulsars und Nebels, der ihn umschließt, bestätigt, dass die für den Überrest verantwortliche Supernova durch den Kollaps des Kerns eines massereichen Sterns entstanden ist", erklärt John P. Hughes von der Rutgers University in New Jersey (USA), der an dem Projekt mitwirkte. „Die Möglichkeit, die Asymmetrie der ursprünglichen Explosion mithilfe von Röntgenaufnahmen zu untersuchen, gibt uns eine leistungsfähige neue Technologie an die Hand, um mehr über diese Ereignisse zu erfahren.“

Nähere Details über Chandra und GS292.0+1.8 folgen in der nächsten Ausgabe des Fachmagazins “The Astrophysical Journal Letters“.

Animationen einer Supernova-Explosion:
Quicktime
MPEG

(Harald Zaun)

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