MADRID, 19 (EUROPA PRESS)
Dank einer neuen Methode der astronomischen Beobachtung könnten die ersten Blitze einer Supernova innerhalb weniger Stunden nach ihrem Auftreten analysiert werden, um ihren Ursprung zu bestimmen.
Supernovas erscheinen unseren Augen – und astronomischen Instrumenten – als helle Blitze, die ohne Vorwarnung am Himmel erscheinen, an Stellen, wo kurz zuvor nichts zu sehen war. Der Blitz wird durch die gewaltige Explosion eines Sterns verursacht.
Aufgrund ihrer plötzlichen und unvorhersehbaren Natur waren Supernovae lange Zeit schwer zu untersuchen, doch heute können Astronomen dank umfangreicher, kontinuierlicher und häufiger Himmelsdurchmusterungen fast täglich neue entdecken.
Allerdings ist es von entscheidender Bedeutung, Protokolle und Methoden zu entwickeln, um sie zeitnah zu erkennen. Nur dann werden wir in der Lage sein, die Ereignisse und Himmelskörper zu verstehen, die sie ausgelöst haben.
In einer Pilotstudie präsentieren Lluís Galbany vom Institut für Weltraumwissenschaften (ICE-CSIC) in Barcelona und seine Kollegen eine Methode, mit der sie möglichst frühe Supernova-Spektren erhalten können, idealerweise innerhalb von 48 oder sogar 24 Stunden nach dem ersten Tageslicht. Die Ergebnisse wurden im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics veröffentlicht.
Supernovae sind gewaltige Explosionen, die das Ende des Lebens eines Sterns markieren. Sie werden in zwei große Kategorien eingeteilt, die sich nach der Masse des Vorgängersterns richten. „Thermonukleare Supernovae sind Sterne, deren Anfangsmasse nicht mehr als acht Sonnenmassen betrug“, erklärt Galbany, Erstautor der Studie.
„Das am weitesten fortgeschrittene Entwicklungsstadium dieser Sterne vor der Supernova ist der Weiße Zwerg: sehr alte Objekte, die keinen aktiven, wärmeerzeugenden Kern mehr haben. Weiße Zwerge können dank eines Quanteneffekts namens Elektronenentartungsdruck lange Zeit im Gleichgewicht bleiben.“
Befindet sich ein solcher Stern in einem Doppelsternsystem, so könne er Materie von seinem Begleiter aufnehmen. Die zusätzliche Masse erhöhe den Innendruck, bis der Weiße Zwerg als Supernova explodiere.
„Die zweite Hauptkategorie sind sehr massereiche Sterne, also solche mit mehr als acht Sonnenmassen“, sagt Galbany. Sie leuchten dank der Kernfusion in ihrem Kern. Sobald der Stern jedoch immer schwerere Atome verbrannt hat und die Fusion keine Energie mehr freisetzt, kollabiert der Kern. Dann kollabiert der Stern, weil die Schwerkraft nicht mehr entgegenwirkt; die schnelle Kontraktion erhöht den Innendruck dramatisch und löst die Explosion aus.
Die ersten Stunden und Tage nach der Explosion liefern direkte Hinweise auf das Vorläufersystem: Informationen, die helfen, konkurrierende Explosionsmuster zu unterscheiden, kritische Parameter abzuschätzen und die lokale Umgebung zu untersuchen. „Je früher wir sie entdecken, desto besser“, bemerkt Galbany.
TAGE ODER WOCHEN
Früher war es schwierig, so frühe Daten zu erhalten, da die meisten Supernovae erst Tage oder Wochen nach der Explosion entdeckt wurden. Moderne Weitfeld- und Hochgeschwindigkeitsbeobachtungen, die weite Teile des Himmels abdecken und häufig wiederholt werden, ändern diese Perspektive und ermöglichen Entdeckungen in nur wenigen Stunden oder Tagen. Um diese Beobachtungen voll auszunutzen, bedarf es noch Protokolle und Kriterien. Galbanys Team testete diese Regeln anhand von Beobachtungen des Gran Telescopio de Canarias (GTC). Ihre Studie berichtet von zehn Supernovae: die eine Hälfte thermonuklear, die andere Kernkollaps. Die meisten wurden innerhalb von sechs Tagen nach der geschätzten Explosion beobachtet, in zwei Fällen sogar innerhalb von 48 Stunden.
Das Protokoll beginnt mit einer schnellen Kandidatensuche anhand zweier Kriterien: Das helle Signal darf in den Bildern der vergangenen Nacht nicht vorhanden gewesen sein, und die neue Quelle muss sich innerhalb einer Galaxie befinden. Sind beide Bedingungen erfüllt, aktiviert das Team das OSIRIS-Instrument des GTC, um ein Spektrum zu erhalten.
„Das Supernova-Spektrum verrät uns beispielsweise, ob der Stern Wasserstoff enthielt, was bedeutet, dass wir es mit einer Kernkollaps-Supernova zu tun haben“, erklärt Galbany.
Das Verständnis der Supernova in ihren frühesten Momenten ermöglicht auch die Untersuchung anderer Arten von Daten zu demselben Objekt, wie etwa Photometrie der Zwicky Transient Facility (ZTF) und des Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS), das in der Studie verwendet wird.
Diese Lichtkurven zeigen, wie die Helligkeit in der Anfangsphase zunimmt; wenn dabei kleine Ausbuchtungen beobachtet werden, könnte dies bedeuten, dass ein anderer Stern in einem Doppelsternsystem von der Explosion absorbiert wurde. Eine zusätzliche Überprüfung erfolgt anhand von Daten aus demselben Himmelsbereich anderer Observatorien.
Da es in dieser ersten Studie gelang, Daten innerhalb von 48 Stunden zu sammeln, schlussfolgern die Autoren, dass noch schnellere Beobachtungen möglich sind. „Was wir gerade veröffentlicht haben, ist eine Pilotstudie“, sagt Galbany.
