Astronomie: Amateur beobachtet erstmals die Entstehung einer Supernova
Neue Hardware muss getestet werden. Das gilt auch für die neue Kamera, die sich Victor Buso im September 2016 für sein 40-Zentimeter-Teleskop gekauft hatte. In der Nacht des 26. September richtete er sein Teleskop auf die Galaxie NGC 613. Die Bedingungen waren nicht ideal. Der Himmel war eigentlich zu hell, um die Kamera voll auszunutzen. Deswegen war auch NGC 613 Ziel. Die Galaxie ist seit dem 19. Jahrhundert im New General Catalogue(öffnet im neuen Fenster) verzeichnet und befand sich gerade in der Nähe des Zenits, also direkt über ihm, wo die Lichtverschmutzung am wenigsten Einfluss hat – wohl das beste Testobjekt, das die Bedingungen hergaben.
Trotzdem war der Himmel im Hintergrund so hell, dass Buso die Belichtungszeit auf 20 Sekunden beschränken musste. Das Ergebnis sind relativ verrauschte Bilder. Dabei benutzen Astronomen einen Trick, um das Rauschen in Bildern mit kurzen Belichtungszeiten zu reduzieren. Sie nehmen Bildreihen auf, die anschließend überlagert werden. Die Helligkeitswerte der Pixel werden gemittelt. Das Bildrauschen sinkt dann immerhin mit der Quadratwurzel der aufgenommenen Bilder.
Die erste Bildreihe – 40 Bilder – zeigte nach 20 Minuten nichts Besonders. Nach einer Pause von 45 Minuten begann Buso Aufnahmen einer zweiten Bildreihe. Da erschien, weit draußen, in den unerforschten Einöden eines total aus der Mode gekommenen Ausläufers des westlichen Spiralarms der Galaxie, ein bis dahin unbeachteter Stern. Es war die Explosion einer Supernova und die zweite Bildreihe wurde zur ersten Beobachtung der frühen Entwicklung einer Supernova, SN 2016gkg, die bis dahin nur in Computermodellen existierte – die Ankunft der Schockwelle der Explosion im Sterninneren an der Oberfläche des Sterns.(öffnet im neuen Fenster)
Brauchbare Daten trotz schlechter Bedingungen
Die Supernova war hell genug, um trotz der widrigen Beobachtungsbedingungen wissenschaftlich verwertbare Daten zu liefern, die nach wenigen Wochen eine ganze Reihe(öffnet im neuen Fenster) wissenschaftlicher(öffnet im neuen Fenster) Untersuchungen(öffnet im neuen Fenster) anstießen. In einem aktuellen Paper in der Fachzeitschrift Nature(öffnet im neuen Fenster) wurden die Beobachtungsergebnisse von Victor Buso und anschließende Beobachtungen untersucht und es wurde versucht, die Modelle der Supernova mit den Beobachtungen in Einklang zu bringen.
Buso hat es geschafft, den schnellen Anstieg der Helligkeit der Supernova zu dokumentieren. Supernovae sind relativ selten. In einer durchschnittlichen Galaxie mit 100 Milliarden Sternen gibt es sie im langfristigen Durchschnitt nur rund alle 100 Jahre. Die Chance, bei einer einstündigen Beobachtung so einer Galaxie die erste Stunde des Aufleuchtens einer Supernova zu beobachten, liegt also bei etwa eins zu einer Million. Das Entstehen der Supernovae SN 2006aj und SN 2008D wurde durch Gamma- und Röntgenblitze beobachtet, aber erst später im sichtbaren Licht. Die Supernova KSN 2011d wurde zwar früh beobachtet, aber nicht die Ankunft der Schockwelle an der Oberfläche des Sterns.
Um die Beobachtungsdaten überhaupt auswerten zu können, musste mehr über den Stern in Erfahrung gebracht werden, der dort explodierte – keine leichte Aufgabe bei einer Entfernung von über 20 Millionen Lichtjahren.
Die Suche nach dem Stern
Reihenweise Beobachtungen folgen, wenn Supernovae bekanntwerden. Aus der Helligkeit, der Entfernung, der aufgenommenen Lichtspektren kann bestimmt werden, welcher Typ Supernova es war (Typ IIb) und welche Größen von Sternen dafür in Frage kommen. Typ II Supernovae(öffnet im neuen Fenster) entstehen durch den Kollaps großer Sterne, wenn die Kernfusion im Inneren des Sterns zusammenbricht, weil nach der Entstehung von Eisen keine Energie mehr aus der Kernfusion entsteht. Im äußeren des Stern gibt es aber noch genug Brennstoff für Kernfusion.
Beim Kollaps des Sterns wird dieser Brennstoff komprimiert und aufgeheizt, was die Kernfusion dort stark beschleunigt. Durch die freigesetzte Energie beschleunigt sich der Prozess noch weiter und letztlich werden die äußeren Schichten des Sterns zerrissen. Je nach genauem Verlauf kann dabei ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch zurückbleiben, wenn der kollabierte Kern des Sterns nicht auch zerrissen wird. Der Typ IIb deutet an, dass der Stern vor der Supernova bereits die äußere Schicht aus Wasserstoff verloren hat.
Hubble beobachtete den Stern schon vor der Supernova
Im Fall von NGC 613 haben die Beobachter über die Beobachtung der Supernova selbst hinaus noch einen zusätzlichen Vorteil. Die Galaxie ist schon lange bekannt und wurde oft beobachtet – unter anderem vom Hubble Space Telescope, dessen Aufnahmen tatsächlich einen schwachen Stern an der Stelle der späteren Supernova SN 2016gkg zeigen. Aus seiner Farbe und seiner Helligkeit kann zumindest abgegrenzt werden, welche Masse der Stern haben kann und welche nicht. Eindeutig sind solche Modelle aber nicht.
Die in der Zeitschrift Nature zitierten Forscher gehen davon aus, dass es sich um einen Doppelstern handelte und der explodierte Stern eine ursprüngliche Masse von 19,5 Sonnenmassen hatte, mit einem Begleiter von 13,5 Sonnenmassen. Wobei der Stern kurz vor der Explosion so viel Material abwarf, dass er nur noch 4,6 Sonnenmassen hatte und den 183fachen Radius der Sonne. Wäre der Stern an der Stelle unserer Sonne, wäre der Orbit der Venus noch innerhalb des Sterns und die Erde würde nur wenig entfernt vom Stern kreisen.
Allerdings gibt es auch ein zweites Modell, nach dem die Sterne 15 und 1,5 Sonnenmassen hätten. Die Forscher von Nature sagen aber, dass ihr Modell die Beobachtungen besser erklärt. Letzte Sicherheit wird es erst geben, wenn die Supernova soweit verblasst ist, dass sie wieder von dem zweiten Stern überstrahlt wird. Der sollte weit genug entfernt gewesen sein, um die Supernova überstanden zu haben. Das ist der attraktivste Punkt an dieser Theorie: Sie lässt sich mit Sicherheit überprüfen.
Auch Amateure machen echte Wissenschaft
Die Beobachtungen der Ankunft der Schockwelle an der Oberfläche des Sterns entsprachen jedenfalls weitgehend den Prognosen aus der Theorie. Die Helligkeit stieg zwar etwas langsamer an als berechnet, allerdings konnte diese Diskrepanz dadurch erklärt werden, dass der Stern vor der Supernova große Mengen Material abstieß, das einen Teil des Lichts blockierte. In den theoretischen Berechnungen war das nicht berücksichtigt.
Ob die Theorie wirklich korrekt ist, lässt sich aus einer Beobachtung allein noch nicht ableiten. Mit Hunderten oder Tausenden Teleskopen, die heutzutage weltweit jede Nacht den Himmel beobachten, ist es bis zum nächsten Datensatz aber nur eine Frage der Zeit. Victor Buso kann sich freuen, als Amateur den ersten dieser Datensätze geliefert zu haben.
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