ichWenn Stephen Smartt Glück hat, erhält er vielleicht eines Tages eine Nachricht, die den Astrophysiker im Voraus warnt, dass eine der außergewöhnlichsten Erscheinungen, die die Wissenschaft kennt, den Nachthimmel erhellen wird. Signale, die von automatisierten Teleskopanordnungen und unterirdischen Detektoren weitergeleitet werden, werden zeigen, dass ein Stern in unserer galaktischen Nachbarschaft gerade zu einer Supernova geworden ist.
Eine Supernova tritt auf, wenn ein Stern sich selbst so vollständig zerstört, dass er das kombinierte Licht einer ganzen Galaxie überstrahlen kann. In den letzten tausend Jahren waren nur fünf jemals mit bloßem Auge sichtbar. Ironischerweise geschah alles vor der Erfindung des Teleskops.
„Wir kennen Supernovae von ihrem Auftreten in anderen Galaxien und von Überresten, die in unserer eigenen Galaxie zurückgelassen wurden“, sagt Smartt, Astrophysiker an der Queen’s University Belfast. „Aber wir würden gerne einen sehen, der ziemlich nahe bei uns erscheint, damit wir ihn mit modernen Teleskopen und Detektoren untersuchen können.“
Wenn eine Supernova ausbricht, besprüht sie den Kosmos mit schweren Elementen – eine Beobachtung in der Nähe würde also wertvolle Informationen über die Entstehung von Materie in unserer Galaxie liefern.
„Die meisten Elemente, die schwerer als Sauerstoff sind, sind in einer Supernova entstanden, bevor sie durch den Weltraum geschleudert wurden“, sagt Prof. Mark Sullivan von der University of Southampton. „Diese Atome versorgen die Galaxie mit lebensnotwendigem Material. Das Kalzium in Ihren Knochen und das Eisen in Ihrem Blut – sowie das Gold in Ihrem Fingerring – wurden alle in Supernovae-Explosionen erzeugt.“
Es ist ein Bild, das Schriftsteller und Künstler weiterhin fasziniert. Mit den Worten von Jeanette Winterson haben Astronomen gezeigt, dass unser erster wahrer Elternteil tatsächlich ein Stern war und dass wir aus Elementen bestehen, die „der langlebige radioaktive Atommüll des Supernova-Knalls“ sind. Oder, wie es Joni Mitchell einfacher ausdrückt: „Wir sind Sternenstaub.“
Die häufigste Art von Supernova tritt auf, wenn einem sehr großen Stern der Brennstoff ausgeht, wodurch der Kernfusionsprozess gestoppt wird, der ihn am Leuchten hält. Die äußeren Schichten des Sterns fallen nach innen und Protonen und Elektronen werden zusammengedrückt, um Neutronen zu bilden, die zu einer superdichten Kugel gepackt werden. Materie regnet weiter auf diesen Neutronenball, bevor sie zurückprallt und eine Schockwelle auslöst, die den Stern zerstört.
Zurück bleibt nur eine Neutronenkugel, die so dicht ist, dass eine Streichholzschachtel etwa 3 Milliarden Tonnen wiegen würde. Und wenn der ursprüngliche Vorläuferstern, der zur Supernova führte, besonders groß war, wird dieser Neutronenstern so schwer, dass er ein Schwarzes Loch bildet, aus dem nichts entkommen kann, nicht einmal Licht.
Dies ist eine Kernkollaps-Supernova, die mehr Energie freisetzen kann, als unsere Sonne während ihrer gesamten Lebensdauer von 10 Milliarden Jahren abgeben wird. Wenn ein Stern in unserer Galaxie, der zu weit entfernt ist, um mit bloßem Auge auf der Erde gesehen zu werden, zu einer Supernova wird, wird er plötzlich so hell leuchten, dass er bei Tageslicht gesehen werden könnte.
Wissenschaftler schätzen, dass in einer Galaxie wie der unseren durchschnittlich alle tausend Jahre etwa 20 Supernovae auftreten. Im letzten Jahrtausend wurden jedoch nur fünf beobachtet. Ostasiatische und arabische Aufzeichnungen weisen auf Supernovae in den Jahren 1006, 1054 und 1181 hin, während europäische Dokumente an solche erinnern, die 1572 und 1604 stattfanden.
Das erste dieses letzten Paares tauchte im November 1572 auf und wurde vom dänischen Astronomen Tycho Brahe beobachtet. „Über uns wurde plötzlich ein gewisser seltsamer Stern gesehen, der sein Licht mit einem strahlenden Schein aufblitzen ließ“, erinnerte er sich. „Ich stand still und starrte … Als ich mich davon überzeugt hatte, dass noch nie zuvor ein Stern dieser Art geleuchtet hatte, wurde ich durch die Unglaubwürdigkeit der Sache so verwirrt, dass ich anfing, am Glauben meiner eigenen Augen zu zweifeln.“
BAber wenn Supernovae so brillant sind, warum haben wir dann in den letzten 1000 Jahren nur fünf entdeckt? Warum haben wir keine Zahl gesehen, die näher an der 20 liegt, die durch Beobachtungen anderer Galaxien nahegelegt wird? Die Antwort ist einfach, sagt Sullivan. „Unsere Galaxie ist wie eine flache Platte, und unser Sonnensystem befindet sich etwa zu zwei Dritteln am Rand. Eine Supernova, die auf der anderen Seite der Platte auftritt, wird einfach von all dem Staub und den Sternen verdeckt, die im Zentrum der Galaxie liegen.“
Seitdem haben Astronomen Supernovae in anderen Galaxien beobachtet und Überreste von solchen untersucht, die in unserer Galaxie aufgetreten sind. Dazu gehören die leuchtenden Filamente des Krebsnebels, die Überreste der Supernova, die im Jahr 1054 n. Chr. den Nachthimmel erhellte und sich seitdem über den Weltraum ausgebreitet hat.
Galaktische Trümmer wie diese zeigen die enorme Zerstörung, die durch Supernovae entfesselt wird. Doch diese stellaren Erschütterungen sind auch wichtige Motoren der Schöpfung, argumentieren Wissenschaftler. Abgesehen davon, dass sie den Kosmos mit schweren Elementen besprühen, von denen das Leben abhängt, spielen sie auch eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Planeten und Sternen, sagt der Astrophysiker Cosimo Inserra von der Cardiff University.
„Eine Supernova schickt Schockwellen durch eine Galaxie, die auf Gas- und Staubwolken im Weltraum treffen und sie zusammendrücken, sodass sich in ihren Zentren Protosterne zu bilden beginnen. Schließlich beginnt die Kernfusion, die den Wasserstoffvorrat eines Sterns entzündet und er beginnt zu leuchten. Planeten bilden sich und umkreisen den Stern. Wahrscheinlich ist so unsere Sonne und unser Sonnensystem entstanden.“
Supernovae stellen dennoch eine Bedrohung dar. „Wenn einer innerhalb von 20 Parsec – etwa 60 Lichtjahren – von der Erde entfernt vorkommt, könnten seine intensiven kosmischen Strahlen unsere schützende Ozonschicht zerstören, was dazu führen würde, dass mehr UV-Strahlung von der Sonne uns erreicht“, sagt Sullivan. Allerdings könnte nur einer sehr nah an der Erde einen solchen Einfluss haben, und derzeit gibt es keine Kandidatensterne in unserer Nähe, die bereit zu sein scheinen, sich auf diese Weise selbst zu vernichten, fügt er hinzu.
Andererseits ist auch klar, dass in der Vergangenheit Supernovae in der Nähe der Erde explodiert sind. Als Beweis verweisen Wissenschaftler auf die Entdeckung eines radioaktiven Eisenisotops – bekannt als Eisen-60 – das in Ablagerungen am Meeresboden gefunden wurde, die vor 2,5 Millionen Jahren abgelagert wurden, und in anderen Ablagerungen, die vor etwa 7 Millionen Jahren entstanden sind. Eisen-60 wird von Supernovae produziert und diese Ablagerungen deuten darauf hin, dass mindestens zwei innerhalb der letzten 10 Millionen Jahre in der Nähe der Erde ausgebrochen sein müssen, wahrscheinlich in einer Entfernung von etwa 100 Parsec oder 320 Lichtjahren.
Welche Auswirkungen das auf den Planeten hatte, ist ungewiss. „Sie könnten einen Anstieg der kosmischen Strahlungsaktivität gehabt haben, und dies könnte die Wolkenbildung auf der Erde beeinflusst oder die Menge an Sonnenstrahlung verringert haben, die den Boden erreicht“, sagt Prof. John Ellis vom King’s College London. „Dies könnte dann eine Klimaänderung ausgelöst haben, die wiederum den Verlauf der menschlichen Evolution beeinflusst haben könnte.“
Abgesehen von der ziemlich verblüffenden Aussicht, dass das Aussehen von Homo sapiens von lokalen Supernovae geformt worden sein könnten, deuten diese Entdeckungen auch darauf hin, dass es genug von ihnen gegeben haben könnte, um das Leben früher in der Geschichte unseres Planeten wirklich beeinflusst zu haben.
„Wenn Sie zwei finden, die in den letzten 10 Millionen Jahren ziemlich nahe an der Erde passiert sind, deutet das darauf hin, dass in den letzten Milliarden Jahren Hunderte aufgetreten sein müssen“, argumentiert Ellis. „Einige von ihnen werden ziemlich weit entfernt gewesen sein … aber einige wären in der Nähe gewesen, sagen wir 10 Parsec entfernt. Und wir sollten uns darüber im Klaren sein: Wenn eine Supernova innerhalb von 10 Parsec von unserem Planeten ausgegangen wäre, hätte sie sehr wahrscheinlich ein Massensterben verursacht.“
Die Erde hat mindestens fünf Massensterben erlebt, die jeweils Tausende von Tier-, Pflanzen- und Meereslebewesen ausgerottet haben, und mindestens eines davon wurde von einem außerirdischen Agenten verursacht: einem Asteroiden, der die Erde am Ende der Kreidezeit vor 66 Millionen Jahren getroffen hat vor, die Dinosaurier auszulöschen.
Für die anderen Massensterben wurden Katastrophen auf der Erde – wie großflächiger Vulkanismus – verantwortlich gemacht. Wissenschaftler vermuten nun jedoch, dass in einem anderen Fall ein jenseitiges Ereignis schuld war. Sie weisen auf Gesteine hin, die sich am Ende der Devon-Periode vor 360 Millionen Jahren bildeten, als es ein weiteres Massensterben gab, das Ammoniten, Trilobiten und andere frühe Lebensformen auslöschte.
Diese Felsen enthalten Hunderttausende Generationen von Pflanzensporen, die durch ultraviolettes Licht sonnenverbrannt zu sein scheinen – ein Beweis für einen lang anhaltenden Ozonabbau, sagt der Astronom Brian Fields von der University of Illinois Urbana-Champaign. „Wir schlagen vor, dass eine oder mehrere Supernova-Explosionen, etwa 65 Lichtjahre von der Erde entfernt, für den anhaltenden Ozonverlust verantwortlich gewesen sein könnten“, argumentiert er.
Diese Explosion hätte die Erde zuerst mit starken Röntgen- und Gammastrahlen gebadet, bevor Trümmer der Explosion auf den Planeten einschlugen und ihm seine schützende Ozonschicht entzogen. Dieser astronomische Doppelschlag hätte die Oberfläche des Planeten bis zu 100.000 Jahre lang tödlicher Strahlung ausgesetzt und zu einem Massensterben geführt.
FWissenschaftler suchen nun nach einem weiteren Beweis für diese Idee. Sie haben die Suche nach Eisen-60-Atomen außer Acht gelassen, weil diese zu schnell zerfallen, um die 360 Millionen Jahre seit dem Massensterben im späten Devon überlebt zu haben. Stattdessen wollen sie nach Atomen des Isotops Plutonium-244 suchen, das ebenfalls von Supernovae produziert wird und einige hundert Millionen Jahre überleben könnte. Diese Forschung ist jetzt im Gange.
In der Zwischenzeit bereiten sich Wissenschaftler darauf vor, so schnell wie möglich auf die ersten Anzeichen für den Beginn einer nahe gelegenen Supernova zu reagieren. Entscheidend ist, dass diese ersten Signale nicht von Lichtblitzen stammen, sondern von unterirdischen Detektoren ausgehen, die dazu bestimmt sind, die unbedeutendste Entität des Universums, das Neutrino, zu entdecken.
„Neutrinos sind das Erste, was aus einer Supernova hervorgeht“, sagt Smartt. „Sie sind so unwesentlich, dass sie sehr schwer zu erkennen sind, und Instrumente müssen an Orten aufgestellt werden, an denen sie keine Störsignale von anderen Quellen empfangen.
„Wenn jedoch genug entdeckt werden, wird ein automatischer Alarm gesendet und die Teleskopanordnungen, mit denen wir den Nachthimmel untersuchen, werden auf die Quellen dieser Neutrinos ausgerichtet. Dann werden wir bereit sein, die ersten Strahlungs- und Lichtausbrüche der Supernova zu untersuchen und zu beobachten, wie sie sich entfalten.“
Während Wissenschaftler zuversichtlich sind, dass im Jahr 2022 eine Supernova auftreten wird, ist es eine andere Frage, ob sie in unserer Galaxie auftritt. In einem bestimmten Jahr ist dies eine unwahrscheinliche Aussicht. Andererseits könnte es eines Tages einfach in unserer galaktischen Nachbarschaft passieren. Wenn dies der Fall ist, sagen Astronomen, dass sie bereit sein werden.