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NuSTAR entwirrt Geheimnis explodierender Sterne

Die Rätsel um die Entstehung der Supernova Cassiopeia A werden allmählich entwirrt. (Foto: NASA)

Die Rätsel um die Entstehung der Supernova Cassiopeia A werden allmählich entwirrt. (Foto: NASA)

Washington/Pasadena. (red) Eines der größten Geheimnisse in der Astronomie, wie Sterne als Supernova explodieren, wird mit Hilfe des Kern-Spektroskopie-Teleskops NuSTAR der NASA enträtselt.

Das Hochenergie-Röntgenobservatorium hat die erste Karte von radioaktivem Material eines Supernova-Überrests erstellt. Die Ergebnisse, die von einem Überrest, der Cassiopeia A (Cas A) genannt wird, stammen, zeigen, wie Schockwellen offenbar massive sterbende Sterne auseinanderreißen.

„Sterne sind kugelförmige Gasbälle, und so könnte man denken, dass, wenn sie ihr Leben beenden und explodieren, es aussieht wie ein gleichmäßiger Ball, der mit großer Energie expandiert“, sagte Fiona Harrison, leitende Wissenschaftlerin bei NuSTAR am California Institute of Technology ( Caltech ) in Pasadena. „Unsere neuen Ergebnisse zeigen, wie die das Herz oder der Motor der Explosion, verzerrt wird, vielleicht, weil die inneren Regionen vor der Detonation buchstäblich hin und her schwappen.“

Harrison ist Co-Autorin eines Papiers über die Ergebnisse, das in der nächsten Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature“ erscheint.

Cas A entstand, als ein massereicher Stern in einer Supernova explodierte und eine dichte Sternleiche und ihre Überreste hinterließ. Das Licht der Explosion erreichte vor ein paar hundert Jahren die Erde, so dass wir den Sternüberrest sehen, als er noch frisch und jung war.

Supernovae reichern das Universum mit vielen Elementen an, einschließlich des Golds in Schmuckstücken, des Kalziums in Knochen und dem Eisen im Blut. Während kleine Sterne wie unsere Sonne einen weniger gewaltsamen Tod sterben, explodieren Sterne mit mindestens der achtfachen Masse unserer Sonne in Supernova-Explosionen. Die hohen Temperaturen und die Partikel die mit der Explosion entstehen, verschmelzen leichte Elemente zu schwereren.

NuSTAR ist als erstes Teleskop in der Lage, Karten der radioaktiven Elemente in Supernova-Überreste zu erstellen. In diesem Fall ist es das Element Titan-44, das einen instabilen Kern im Zentrum der Explosion des Sterns erzeugt hat. Die NuSTAR-Karte von Cas A zeigt das Titan in Klumpen im Zentrum des Sternüberrests und verweist auf eine mögliche Lösung für das Geheimnis, wie der Stern seinem Untergang entgegenging. Wenn Forscher Supernova-Explosionen mit Computern simulieren, wie ein massereicher Stern stirbt und zusammenbricht, bleibt die Hauptstoßwelle oft aus und der Stern zerbricht nicht.

Die neuesten Ergebnisse deuten nachdrücklich darauf hin, dass der explodierende Stern buchstäblich umherschwappt, der ins Stocken geratenen Schockwelle neue Energie gibt und so schließlich seine äußeren Schichten abstößt.

„Mit NuSTAR haben wir eine neues Forensik-Tool, um die Explosion zu untersuchen“, sagte der leitende Autor des Papiers, Brian Grefenstette von Caltech. „Früher war es schwer zu verstehen, was los war in Cas A, weil das Material, das wir sehen konnten, nur im Röntgenlicht leuchtet, wenn es erhitzt wird. Jetzt, wo wir das radioaktive Material sehen können, unabhängig davon, ob es im Röntgenlicht leuchtet, bekommen wir ein vollständiges Bild von dem, was im Zentrum der Explosion los war.“

Die NuSTAR-Karte weckt auch Zweifel an anderen Modellen von Supernova-Explosionen, in denen der Stern schnell rotiert kurz bevor er stirbt und schmale Gasströme erzeugt, die die stellare Explosion auslösen. Obwohl schon vorher Abdrücke von Jets rund um Cas A beobachtet wurden, war nicht bekannt, ob sie die Explosion verursachen. NuSTAR konnte nicht beobachten, dass das Titan, besonders die radioaktive Asche aus der Explosion, in engen Bereichen mit den Jets übereinstimmte, so dass die Jets nicht Auslöser der Explosion sein konnten.

„Deshalb haben wir NuSTAR gebaut“, sagte Paul Hertz, Direktor der NASA-Abteilung Astrophysik in Washington. „Um Dinge über das Hochenergie-Universum zu entdecken, die wir nie gekannt haben – und die wir nicht erwarteten.“

Die Forscher werden auch weiterhin die dramatischen Umstände der Explosion von Cas A untersuchen. Jahrhunderte nachdem sein Tod unseren Himmel kennzeichnete, sorgt dieser Supernova-Überrest weiter für Verwirrung.

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