Eine lange vorhergesagte Art von kosmischer Explosion ist endlich auf den Plan getreten.
Forscher haben überzeugende Beweise für eine Elektroneneinfang-Supernova gefunden, eine Sternexplosion, die gezündet wird, wenn Atomkerne Elektronen im Kern eines Sterns aufsaugen. Das Phänomen wurde erstmals 1980 vorhergesagt, aber Wissenschaftler waren sich nie sicher, ob sie eines gesehen haben. Ein Flare, der 2018 am Himmel auftauchte, Supernova 2018zd genannt, stimmt mit mehreren erwarteten Kennzeichen der Explosionen überein, berichten Wissenschaftler vom 28. Juni in Naturastronomie.
„Diese werden schon so lange theoretisiert, und es ist wirklich schön, dass wir jetzt tatsächlich eine gesehen haben“, sagt die Astrophysikerin Carolyn Doherty vom Konkoly-Observatorium in Budapest, die nicht an der Forschung beteiligt war.
Elektroneneinfang-Supernovae resultieren aus Sternen, die direkt am Abgrund einer Explosion sitzen. Sterne mit mehr als etwa der 10-fachen Sonnenmasse werden zur Supernova, nachdem die Kernfusionsreaktionen im Kern aufhören und der Stern sich nicht mehr gegen die Schwerkraft halten kann. Der Kern kollabiert nach innen und prallt dann zurück, wodurch die äußeren Schichten des Sterns nach außen explodieren (SN: 2/8/17). Kleinere Sterne mit weniger als etwa acht Sonnenmassen können dem Kollaps widerstehen und bilden stattdessen ein dichtes Objekt namens Weißer Zwerg (SN: 30.06.21). Aber zwischen etwa acht und zehn Sonnenmassen gibt es einen wenig verstandenen Mittelweg für Sterne. Bei einigen Sternen, die in diesen Bereich fallen, vermuteten Wissenschaftler seit langem, dass Supernovae mit Elektroneneinfang auftreten sollten.
Bei dieser Art von Explosion fangen Neon- und Magnesiumkerne im Kern eines Sterns Elektronen ein. Bei dieser Reaktion verschwindet ein Elektron, wenn sich ein Proton in ein Neutron umwandelt, und der Kern verwandelt sich in ein anderes Element. Dieser Elektroneneinfang bedeutet eine schlechte Nachricht für den Stern in seinem Krieg gegen die Schwerkraft, weil diese Elektronen dem Stern helfen, zusammenzubrechen.
Laut Quantenphysik bewegen sich Elektronen, wenn sie dicht beieinander liegen, schneller. Diese flinken Elektronen üben einen Druck aus, der der nach innen gerichteten Schwerkraft entgegenwirkt. Aber wenn Reaktionen innerhalb eines Sterns bei der Anzahl der Elektronen wegfallen, wird diese Unterstützung schwächer. Wenn der Kern des Sterns nachgibt – Boom – löst das eine Elektroneneinfang-Supernova aus.
Aber ohne eine solche Explosion zu beobachten, blieb es theoretisch. „Die große Frage hier war: ‚Existiert diese Art von Supernova überhaupt?‘“, sagt der Astrophysiker Daichi Hiramatsu von der University of California, Santa Barbara und dem Las Cumbres Observatory in Goleta, Kalifornien. Potenzielle Supernovae mit Elektroneneinfang wurden schon früher beschrieben, aber die Beweise waren nicht endgültig.
Deshalb erstellten Hiramatsu und Kollegen eine Liste mit sechs Kriterien, die eine Supernova mit Elektroneneinfang erfüllen sollte. Zum Beispiel sollten die Explosionen weniger energisch sein und verschiedene Arten chemischer Elemente schmieden als typischere Supernovae. Supernova 2018zd hat alle Kästchen angekreuzt.
Ein Glücksfall half dem Team, den Fall zu gewinnen. Wenn Wissenschaftler eine Supernova entdecken, haben sie meistens nur wenige Informationen über den Stern, der sie erzeugt hat – wenn sie die Explosion sehen, ist der Stern bereits in Stücke gerissen. Aber in diesem Fall tauchte der Stern in früheren Bildern auf, die vom Hubble-Weltraumteleskop und dem Spitzer-Weltraumteleskop der NASA aufgenommen wurden. Seine Eigenschaften entsprachen denen, die für den Sterntyp erwartet wurden, der eine Supernova mit Elektroneneinfang erzeugen würde.
„Alles in allem ist es wirklich sehr vielversprechend“, sagt die Astrophysikerin Pilar Gil-Pons von der Universitat Politècnica de Catalunya in Barcelona. Als sie die Ergebnisse der Forscher liest, sagt sie: „Ich war ziemlich aufgeregt, besonders über die Identifizierung des Vorfahren.“
Das Auffinden weiterer dieser Supernovae könnte dazu beitragen, ihre Vorfahren zu enthüllen, fehlangepasste Sterne in diesem seltsamen Massenmittelgrund. Es könnte Wissenschaftlern auch helfen, die Kluft zwischen Sternen, die explodieren und nicht explodieren, besser zu schließen. Und die Beobachtungen könnten zeigen, wie oft diese ungewöhnlichen Supernovae auftreten, eine wichtige Information, um besser zu verstehen, wie Supernovae den Kosmos mit chemischen Elementen besiedeln.