Wenn ein Stern wie die Sonne stirbt, schleudert er seine äußeren Schichten in den Weltraum und lässt seinen heißen, dichten Kern über Äonen hinweg abkühlen. Einige andere Arten von Sternen erlöschen jedoch mit gigantischen Explosionen, den so genannten Supernovae. Eine Supernova kann so hell leuchten wie eine ganze Galaxie mit Milliarden von „normalen“ Sternen. Einige dieser Explosionen zerstören den Stern vollständig, während andere entweder einen superdichten Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch zurücklassen – ein Objekt mit einer so starken Schwerkraft, dass nicht einmal Licht aus ihm entweichen kann.
Supernovae werden in zwei große Kategorien eingeteilt, die als Typ I und Typ II bekannt sind und durch das Spektrum der Materie, die ins All geschleudert wird, sowie durch die Art und Weise, wie die Sterne aufleuchten und verblassen, definiert werden. Da jedoch immer mehr Supernovae entdeckt werden, verschwimmt die Grenze zwischen den beiden Kategorien.
Die bekanntesten Supernovae vom Typ I sind als Typ Ia bekannt. Eine Supernova vom Typ Ia entsteht wahrscheinlich, wenn ein Weißer Zwergstern – die „Leiche“ eines Sterns mittlerer Masse wie der Sonne – vollständig in Stücke gesprengt wird.
Astronomen vermuten Weiße Zwerge als Übeltäter, weil Supernovae vom Typ Ia typischerweise in Regionen des Weltraums auftreten, die überwiegend ältere Sterne enthalten, was darauf hindeutet, dass eine Supernova vom Typ Ia die Explosion eines langlebigen Sterns ist. Sterne, die lange leben, können nicht besonders massereich sein, was die Theorie der weißen Zwerge untermauert. Und die Spektren von Supernovae des Typs Ia zeigen wenig oder gar keinen Wasserstoff, das häufigste Element im Universum. Stattdessen zeigen sie viel Kohlenstoff und Sauerstoff, was der Zusammensetzung eines Weißen Zwerges entspricht.
Die maximale Masse eines Weißen Zwerges beträgt das 1,4-fache der Sonne, ein Wert, der als Chandrasekhar-Grenze bekannt ist. Weiße Zwerge mit annähernd der Chandrasekhar-Masse sind im Wesentlichen identisch, so dass sie nahezu identische Explosionen erleben.
Die populärste Theorie, wie ein Weißer-Zwerg-Stern in eine Supernova verwandelt werden kann, ist ein Akt von stellarem Kannibalismus. Wenn ein Weißer Zwerg einen nahen Begleitstern hat, könnte er Gas von der Oberfläche des Begleiters stehlen. Wenn die vom Weißen Zwerg angesammelte Materialmenge seine Masse in die Nähe der Chandrasekhar-Grenze drückt, könnte der Weiße Zwerg explodieren und nichts zurücklassen.
Krabbennebel-Supernova-ÜberrestDie Sterne, die Supernovae vom Typ II erzeugen, werden dagegen wahrscheinlich in den Spiralarmen einer Galaxie geboren – Regionen, die von vielen jungen, hellen Sternen bevölkert sind – und leben nicht lange genug, um sich von ihrem Geburtsort zu entfernen. Da sie kurzlebig sind, müssen solche Sterne auch massereich sein.
Die Helligkeit einer typischen Supernova vom Typ II erreicht nach ein oder zwei Wochen ihren Höhepunkt und bleibt bis zu zwei Monate lang nahezu konstant. Dann fällt sie plötzlich ab, gefolgt von einer gleichmäßigen Abschwächung in den nächsten Monaten. Das Muster der Lichtemission im Laufe der Zeit stimmt mit der Explosion eines „Überriesen“ überein.
Ein Überriese hat eine Abfolge von Stadien durchlaufen, die immer schwerere Elemente in seinem Kern hervorbrachten – von Wasserstoff zu Helium, Kohlenstoff, Sauerstoff und so weiter. Diese Abfolge findet jedoch ein gewaltsames Ende, wenn der Kern in Eisen umgewandelt wird. Eisen kann Kernenergie nur absorbieren, nicht aber erzeugen. Da es keine Energie mehr erzeugen kann, verliert der Stern seine Quelle des inneren Drucks und kollabiert.
Wenn der Kollaps eine kritische Dichte erreicht, kommt er zum Stillstand. Zu diesem Zeitpunkt ist die Materie im Kern des Sterns so dicht gepackt, dass ein Materialblock von der Größe eines Zuckerwürfels Millionen von Tonnen wiegen würde. Der Kern ist zu einem Neutronenstern geworden – einem Objekt, das massereicher als die Sonne ist, aber nur einen Durchmesser von einigen Kilometern hat.
Der Prozess des Kollapses setzt genug Energie frei, um die äußeren Schichten des Sterns in Stücke zu reißen und sie mit mehreren Prozent der Lichtgeschwindigkeit ins All zu schleudern. Diese Fragmente tragen Helium, Kalzium, Sauerstoff, Kohlenstoff und andere Elemente in den Weltraum, wo sie eines Tages in neue Sterne und Planeten eingebaut werden können.
Wie unterscheidet sich eine Nova von einer Supernova?
Künstlerisches Konzept einer Nova „Nova“ ist ein lateinisches Wort, das „neu“ bedeutet. In der Astronomie wird es verwendet, um ein Objekt zu beschreiben, das plötzlich viel heller leuchtet als zuvor. Novae treten in Mehrfachsternsystemen auf, in denen ein Weißer Zwerg, ein Neutronenstern oder sogar ein Schwarzes Loch Gase aus der äußeren Atmosphäre eines Begleitsterns in eine Materiehülle um sich herum ansaugt.
Mit zunehmender Materieanhäufung wird das Gas immer heißer und dichter, bis die plötzlich einsetzende Wasserstofffusion in der Hülle eine gewaltige thermonukleare Explosion auslöst. Die Helligkeit des Sterns nimmt um das Millionenfache zu – genug, um ihn so hell wie die hellsten Sterne zu machen.