Die Welt Heute
MADRID, 21 (EUROPA PRESS)
Eine seltene Sternexplosion hat einen Kern aus schweren Elementen freigelegt, der Theorien über die Entstehung und den Tod massereicher Sterne in Frage stellt. Dies geht aus einer in Nature veröffentlichten Studie hervor, die Spektraldaten des WM-Keck-Observatoriums verwendet.
In diesem Zusammenhang sagte der Hauptautor und wissenschaftliche Mitarbeiter Steve Schulze vom Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) der Northwestern University: „Dies ist das erste Mal, dass ein Stern beobachtet wurde, der praktisch bis auf seine Grundmauern abgespeckt wurde“, und merkt an, dass „dies zeigt, wie Sterne aufgebaut sind und dass sie viel Material verlieren können, bevor sie explodieren.“
„Sie können nicht nur ihre äußersten Schichten verlieren, sondern bis auf den Kern abgestreift werden und trotzdem noch eine gewaltige Explosion erzeugen, die wir aus sehr, sehr großer Entfernung beobachten können“, betonte er.
Forscher beschreiben, dass Astrophysiker bei der Explosion massereicher Sterne typischerweise starke Signaturen leichter Elemente wie Wasserstoff und Helium finden. Die neu entdeckte Supernova mit der Bezeichnung SN 2021yfj wies jedoch eine andere chemische Signatur auf, die Silizium, Schwefel und Argon enthielt. Dies deutet darauf hin, dass sie unmittelbar vor der Explosion ihre äußeren Schichten aus Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff, Sauerstoff, Neon und Magnesium abwarf und die silizium- und schwefelreichen inneren Schichten freilegte.
Astronomen gehen seit langem davon aus, dass massereiche Sterne eine Schichtstruktur ähnlich der einer Zwiebel besitzen, wobei sich die leichtesten Elemente in den äußersten Schichten befinden und die schwereren Elemente zur Mitte hin zunehmend schwerer werden.
Die Entdeckung von SN 2021yfj liefert jedoch direkte Beweise für die innere Schichtung von Riesensternen. Sie bietet zudem einen „beispiellosen“ Einblick in das Innere eines Sternriesen, der kurz vor seinem explosiven Tod aufgenommen wurde, so das Observatorium.
Adam Miller, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Northwestern University und leitender Autor der Studie, fügte in diesem Zusammenhang hinzu: „Dieser Stern spricht Bände darüber, wie begrenzt die Vorstellungen und Theorien zur Sternentwicklung sind.“ „Es ist nicht so, dass unsere Lehrbücher falsch wären, aber sie decken offensichtlich nicht alle Vorgänge in der Natur vollständig ab. Es muss exotischere Wege geben, wie ein massereicher Stern sein Leben beenden kann, die bisher nicht berücksichtigt wurden“, sagte er.
So gibt das Observatorium an, dass massereiche Sterne, deren Gewicht zehn- bis hundertmal größer ist als das der Sonne, durch Kernfusion Energie gewinnen. Bei diesem Prozess führen der „intensive Druck und die extreme Hitze“ im Sternkern zur Verschmelzung leichterer Elemente und erzeugen schwerere.
Während sich der Stern entwickelt, verbrennen die schwereren Elemente nacheinander im Kern, während die leichteren Elemente in mehreren Schichten um den Kern herum verbrennen. Dieser Prozess setzt sich fort und führt schließlich zu einem Eisenkern. Kollabiert dieser, löst dies eine Supernova aus oder bildet ein Schwarzes Loch.
„Sterne unterliegen sehr starken Instabilitäten“, sagte Schulze. „Diese Instabilitäten sind so heftig, dass sie eine Kontraktion des Sterns verursachen können. Dann setzt er plötzlich so viel Energie frei, dass er seine äußeren Schichten abwirft. Dies kann mehrmals passieren“, erklärte er.
Diese Wissenschaftler entdeckten SN 2021yfj im September 2021 mithilfe der Weitfeldkamera der Zwicky Transient Facility (ZTF) auf dem Palomar Mountain in Südkalifornien. Nach der Analyse der ZTF-Daten entdeckte Schulze ein extrem leuchtkräftiges Objekt in einem Sternentstehungsgebiet 2,2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Schulze und Miller versuchten anschließend, das Spektrum des Objekts zu erfassen, um die bei der Explosion vorhandenen Elemente zu bestimmen.
Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Spektrum anstelle des für andere kohlenstofffreie Supernovae typischen Kohlenstoffs und Sauerstoffs von starken Signalen von Silizium, Schwefel und Argon dominiert wurde. Diese schwereren Elemente entstehen durch Kernfusion tief im Inneren eines massereichen Sterns in dessen letzten Lebensphasen.
„Dieser Stern hat den Großteil des Materials verloren, das er im Laufe seines Lebens produziert hat. Daher konnten wir nur das Material sehen, das in den Monaten vor seiner Explosion entstanden ist. Es muss etwas sehr Gewalttätiges passiert sein, um dies zu verursachen“, sagte Schulze.
„Wir verstehen immer noch nicht ganz, wie die Natur diese besondere Explosion hervorgerufen hat. Dieser Stern unterstreicht die Notwendigkeit, mehr dieser seltenen Supernovae zu entdecken, damit wir sie weiter untersuchen können“, schloss Miller.
