Die Explosion von Supernovae erzeugt schwere Elemente, eine große Anzahl von Sternen, Planeten und letztendlich Leben. Diese brutalen Explosionen sind die Grundlage für alles, was wir im Universum sehen, aber für solch ein grundlegendes Phänomen wissen wir sehr wenig darüber, wie und warum sie explodieren.
In einer neuen Studie, die von einem internationalen Team von Astrophysikern durchgeführt wurde, wurde eine komplexe Computermodellierung durchgeführt, um die in der Supernova ablaufenden Prozesse nachzubilden. Wie erwartet ist die Dynamik innerhalb des zusammenbrechenden Sterns sehr komplex, aber dieses Modell lässt die Wissenschaftler verstehen, was mit einer Supernova während einer Explosion passiert.
1987 explodierte eine Supernova (1987A) in der Großen Magellanschen Wolke, einer 168.000 Lichtjahre von uns entfernten Zwerggalaxie. Dieses Ereignis verursachte einige Verwirrung in der astronomischen Gemeinschaft. Wie viele kosmische Phänomene entsprach das, was er sah, nicht genau den theoretischen Erwartungen. Bei der Untersuchung der sich ausdehnenden Wolke von Supernova-Trümmern haben Astronomen festgestellt, dass sich das kürzlich durch die Explosion ausgeworfene Material mit dem Material zu vermischen begann, das den Stern hervorgebracht hat, der vor einiger Zeit ausgeworfen wurde. Diese Verwirrung war unerwartet, so dass das theoretische Modell überarbeitet werden musste. Das existierende Modell nimmt eine konzentrische Struktur in Form einer Schale differenzierter Elemente innerhalb des Sterns an, der sich in eine Supernova verwandeln soll. Wenn ein massereicher Stern unter der Einwirkung der Gravitationskontraktion zusammenbricht (nachdem sein thermonuklearer Brennstoff im Kern erschöpft ist), wird eine große Menge an Neutrinos erzeugt, die schnell Energie aus dem Inneren des Sterns beziehen. Dieser Effekt der schnellen Kompression beschleunigt die Erwärmung.
"Dadurch wird der Kraftstoff schneller erwärmt und verbrannt, wodurch noch mehr Neutrinos entstehen und der Prozess außer Kontrolle gerät", sagt der Astrophysiker W. David Arnett von der University of Arizona.
Um diesen Prozess zu verstehen, wandten sich Astrophysiker an Supercomputer. Aufgrund technischer Einschränkungen erstellen Forscher häufig ein eindimensionales oder zweidimensionales Modell und können nur Annahmen darüber treffen, was im dreidimensionalen Modell passieren wird. Währenddessen findet der eigentliche Prozess innerhalb der Supernova-Schichten statt.
In Zusammenarbeit mit Casey Mikin und Nathan Smith von der Arizona State University sowie mit Maxim Wiallet vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Deutschland entwickelte Arnett ein vollständiges dreidimensionales Modell der Supernova. "Wir haben immer noch konzentrische Kreise mit den schwersten Elementen in der Mitte und den leichtesten Elementen oben. Dies geschieht jedoch, bis jemand dort alles vermischt", sagte Arnett. "Wenn wir uns der Explosion nähern, bekommen wir Ströme, die das Material vermischen und den Stern dazu bringen, das Material auszuspucken, bis wir eine Explosion bekommen."
Modellfotos zum Verbrennen von Sauerstoff in einer geschichteten Supernova-Hülle
"Was wir in den Supernova-Überresten sehen, ist der Ausstoß von Sternmaterial vor der Explosion, gemischt mit Material, das direkt während der Explosion ausgeworfen wird. Andere Modelle können dies nicht erklären", sagte er.
Mit Hilfe von Teleskopen wie dem Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT) und der Palomar Supernova Factory können wir beim Beobachten der instabil werdenden Sterne mehr Fakten über den Tod des Sterns erhalten.
