Großen Magellansche Wolke

Schwarzes Loch oder Neutronenstern? Rätsel der Supernova 1987A gelöst

Robert Klatt

Die Supernova 1987A ereignete sich vor 33 Jahren in der Nachbargalaxie der Milchstraße. Trotzdem konnte erst jetzt geklärt werden, ob dabei ein aktives Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern entstanden ist.

Charlottesville (U.S.A.). Vor 33 Jahren explodierte in der Großen Magellanschen Wolke, der Nachbargalaxie unserer Milchstraße, ein massereicher Stern. Dank der in astronomischen Maßstäben geringen Entfernung von nur 160.000 Lichtjahren konnte die Astronomie ein solches Ereignis erstmals detailliert verfolgen und dabei dokumentieren, welche Elemente eine Supernova freisetzt und im Weltraum verteilt.

Trotzdem konnte bis heute nicht geklärt werden, ob sich aus den Überresten der Supernova 1987A ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern bildete, weil Staub und Gas im Zentrum Beobachtungen erschwerten. Auch eine Quelle von Röntgen- oder Radiostrahlung wurde bisher in den Supernova-Überresten nicht gefunden.

Radioaktiver Zerfall, Neutronenstern oder aktives Schwarzes Loch?

Wissenschaftler der Cardiff University unter Leitung von Phil Cigan haben mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) Teleskop im Jahr 2019 hochauflösende Bilder angefertigt und im The Astrophysical Journal publiziert, die zeigen, dass im Zentrum der Supernova-Überreste ein Staubklumpen existiert, der laut seinem Strahlungsspektrum eine ungewöhnlich hohe Temperatur besitzt.

Wie Mikako Matsuura erklärt, „waren die Wissenschaftler überrascht, diesen heißen Klumpen aus Staub inmitten des Supernova-Relikts zu sehen.“ Die schlussfolgern daraus, dass „es in dieser Wolke etwas geben muss, das den Staub aufgeheizt hat und ihn leuchten lässt.“ Theoretisch könnte diese Energie sowohl ein Neutronenstern als auch aktives Schwarze Loch liefern. Überdies könnte auch der radioaktive Zerfall kürzlich entstandener Elemente eine solche Staubwolke aufheizen.

Neutronenstern im Zentrum der Supernova 1987A

Forscher der Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) haben nun im The Astrophysical Journal eine Studie publiziert, die das Rätsel der Supernova 1987A löst. Das Team um Danny Page hat dazu mithilfe astrophysikalischer Modelle die verschiedenen Möglichkeiten der Energiequelle analysiert. Wie Page erklärt, „ist die Entdeckung des warmen Staubklumpens eine Bestätigung mehrerer Vorhersagen.“

Ein zentraler Faktor ist dabei die Position des heißen Staubklumpens, die gegenüber des explodierten massereichen Sterns leicht versetzt ist. Laut Page entspricht diese asymmetrischen Struktur der Theorie, dass bei der Explosion die Sternenreste seitlich im Weltraum verteilt werden. Die heiße Staubwolke liegt also genau dort, wo die Wissenschaftler den Sternenkern erwarten.

Temperatur und Ausdehnung des Staubklumpens

Auch die Temperatur und Ausdehnung des heißen Staubklumpens deutet auf einen Neutronenstern hin. Laut Matsuura „dachte das Team erst, dass sie zu hell ist, um von einem Neutronenstern stammen zu können.“ Die Wissenschaftler um Page haben aber nachgewiesen, dass ein junger Neutronenstern die nötige Energie für eine so hohe Temperatur liefern kann. Dafür spricht auch, dass sie Supernova sich erst vor 33 Jahren ereignete und dass der Neutronenstern sich deshalb bisher kaum abkühlte. Modelle der Astrophysik gehen von Temperaturen von etwa fünf Millionen Grad Celsius aus, die auch mit den Beobachtungen übereinstimmen.

Wie James Lattimer, Co-Autor von der Stony Brook University in New York erklärt, „verhält sich der Neutronenstern exakt so, wie wir es erwarten würden.“ Ein Schwarzes Loch könnte hingegen die Helligkeit des Staubklumpens nicht auslösen und passt außerdem nicht zur bei der Explosion dokumentierten Neutrino-Strahlung.

Neutronenstern mit 25 Kilometer Durchmesser

Laut Lattimer „haben die Wissenschaftler alle Möglichkeiten verglichen und sind dabei zu dem Schluss gekommen, dass ein heißer Neutronenstern die wahrscheinlichste Erklärung ist.“ Die Überreste der Supernova 1987A beinhalten daher aller Wahrscheinlichkeit nach einen Neutronenstern mit rund 25 Kilometer Durchmesser und enormer Dichte. Dieser ist mit einem Alter von 33 Jahren der jüngste Neutronenstern, den die Astronomie jemals beobachten konnte. Ein Bild des Neutronenstern können optische Teleskope aber erst in einigen Jahren anfertigen, wenn sich der Staub und das Gas im Supernova-Relikt 1987A verteilt haben.

The Astrophysical Journal, doi: 10.3847/1538-4357/ab4b46

The Astrophysical Journal, doi: 10.3847/1538-4357/ab93c2

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