28. März 2024 (Nanowerk-Neuigkeiten) Auf der Suche nach Antworten hat sich die Menschheit schon lange dem Himmel zugewandt. Berichte über Supernovae – explodierende Sterne – reichen Jahrtausende zurück, aber obwohl wir heute wissen, dass diese Ereignisse die Bausteine des Lebens selbst schaffen, bleiben die Bedingungen, die zur Explosion eines Sterns führen, immer noch ein großes Rätsel. Forscher des Weizmann Institute of Science haben nun große Fortschritte beim besseren Verständnis dieser faszinierenden Phänomene gemacht, die uns und alles, was wir wissen, erschaffen haben. Durch eine Kombination aus Glück und Entschlossenheit gelang es ihnen, Daten von einer einmaligen Supernova zu sammeln. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Natur („Die komplexe zirkumstellare Umgebung der Supernova 2023ixf“). Supernovae galten bis vor Kurzem als äußerst seltenes Phänomen – sie traten in unserer Galaxie höchstens einmal im Jahrhundert auf, während die letzte beobachtbare Explosion vor Hunderten von Jahren stattfand. Fortschritte in der Teleskoptechnologie können nicht anders, als die erstaunliche Wirkung nachzubilden, die sie auf unsere Vorfahren gehabt haben müssen, die Zeuge von Supernovae werden konnten, die den Nachthimmel mit der Intensität von hundert Millionen Sonnen erhellten. Diese Fortschritte machen dies jedoch wett, indem sie sowohl bei der Identifizierung von Supernovae in entfernten Galaxien helfen als auch viel mehr Daten liefern, als bisher möglich war. Dennoch bleibt das gleiche Problem bestehen: Da wir das Eintreten einer Explosion nicht vorhersagen können, müssen Astrophysiker in der Regel die Rolle von Weltraumarchäologen übernehmen, die am Ort des Geschehens eintreffen, nachdem das Ereignis bereits stattgefunden hat, und versuchen, aus den Überresten Informationen zusammenzubasteln. „Das ist es, was diese besondere Supernova so besonders macht“, sagt Doktorand Erez Zimmerman aus der Gruppe von Prof. Avishay Gal-Yam in Weizmanns Abteilung für Teilchenphysik und Astrophysik. „Wir waren zum allerersten Mal in der Lage, eine Supernova genau zu verfolgen, während ihr Licht aus der zirkumstellaren Materie austrat, in der der explodierende Stern eingebettet war.“ Vereinfacht ausgedrückt war dies gleichbedeutend damit, zum Tatort zu gelangen, während der Mord noch stattfand. Die Wissenschaftler geben als Erste zu, dass sie großes Glück hatten. Gal-Yams Team bewarb sich um Forschungszeit am Hubble-Weltraumteleskop der NASA, in der Hoffnung, UV-Spektraldaten zu jeder Supernova zu sammeln, die mit ihrer Umgebung interagiert. Stattdessen hatten sie die Chance, in Echtzeit Zeuge einer der nächsten Supernovae seit Jahrzehnten zu werden: einem Roten Überriesen, der in einer benachbarten Galaxie namens Messier 101 explodierte.
Im Bild: Supernova 2023ixf ereignete sich in Messier 101, auch bekannt als Pinwheel Galaxy. Das Bild wurde anhand von Teleskopdaten in den Nächten vom 21., 22. und 23. Mai 2023 erstellt. Bildnachweis: Travis Deyoe, Mount Lemmon SkyCenter, University of Arizona (Hosseinzadeh et al. 2023) Glücklicherweise hat sich ihre Entschlossenheit ausgezahlt. Durch die Analyse der UV- und Röntgendaten der NASA-Satelliten Hubble und Swift sowie vieler der besten Teleskope auf der ganzen Welt konnten die Forscher die beiden äußeren Schichten des explodierenden Sterns kartieren und eine außergewöhnliche Hypothese aufstellen . „Berechnungen des bei der Explosion emittierten zirkumstellaren Materials sowie der Dichte und Masse dieses Materials vor und nach der Supernova zeigen eine Diskrepanz, die es sehr wahrscheinlich macht, dass die fehlende Masse in einem Schwarzen Loch gelandet ist, das sich in der Folgezeit gebildet hat.“ der Explosion – etwas, das normalerweise sehr schwer zu bestimmen ist“, sagt Doktorand Ido Irani von Gal-Yams Team. „Stars verhalten sich in ihren letzten Lebensjahren sehr unberechenbar“, sagt Gal-Yam. „Sie werden instabil und wir können meist nicht sicher sein, welche komplexen Prozesse in ihnen ablaufen, weil wir den forensischen Prozess immer erst im Nachhinein beginnen, wenn viele der Daten bereits verloren sind.“ Aufgrund der Nähe des Sterns und der hohen Qualität der gesammelten Daten „stellt diese Studie eine einzigartige Gelegenheit dar, die Mechanismen besser zu verstehen, die zum Ende des Lebens eines Sterns und schließlich zur Bildung von etwas völlig Neuem führen“, sagt Zimmerman. Was passiert mit der Materie, aus der der ehemalige rote Überriese von Messier 101 bestand? Wir werden es wahrscheinlich nie herausfinden, aber die späteren Stadien der Supernova sind noch nicht abgeschlossen und es kommen immer noch neue Daten hinzu. Es ist also möglich, dass diese Studie und andere, die folgen werden, uns doch dabei helfen werden, ein besseres Verständnis davon zu erlangen wie wir hierher gekommen sind.
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Obwohl das Glück die Gelegenheit und die Mittel bereitstellte, mussten die Forscher natürlich noch die Daten sammeln, was viel harte Arbeit erforderte. Die Supernova wurde an einem Freitag, dem Beginn des Wochenendes in Israel und kurz vor dem Wochenende im Space Telescope Science Institute in Baltimore, dem Operationszentrum des Hubble-Teleskops, entdeckt. Was die Sache noch komplizierter machte, geschah zwei Tage vor Zimmermans Hochzeit. Das Team beharrte noch am selben Freitag durch und lieferte die notwendigen Messungen noch rechtzeitig an die NASA. „Es kommt sehr selten vor, dass man als Wissenschaftler so schnell handeln muss“, sagt Gal-Yam. „Die meisten wissenschaftlichen Projekte finden nicht mitten in der Nacht statt, aber die Gelegenheit ergab sich und wir hatten keine andere Wahl, als entsprechend zu reagieren.“ Aufgrund der Koordinaten war die Gelegenheit doppelt verlockend. Dem Team gelang es nicht nur, den trägen Hubble in den richtigen Winkel für die Aufzeichnung der notwendigen Daten zu bringen, sondern es stellte sich auch heraus, dass Hubble aufgrund der relativen Nähe der Explosion bereits viele Male zuvor Aufnahmen in diesem Sektor des Universums gemacht hatte. In den Archiven der NASA konnten Mitglieder von Gal-Yams Team und viele andere Gruppen Daten aus der Zeit vor dem endgültigen Untergang des Sterns sammeln – als er noch ein roter Überriese in seinen letzten Lebensstadien war – und so das vollständigste Porträt davon erstellen eine Supernova aller Zeiten: eine Kombination aus ihren letzten Tagen und ihrem Tod.
Im Bild: Supernova 2023ixf ereignete sich in Messier 101, auch bekannt als Pinwheel Galaxy. Das Bild wurde anhand von Teleskopdaten in den Nächten vom 21., 22. und 23. Mai 2023 erstellt. Bildnachweis: Travis Deyoe, Mount Lemmon SkyCenter, University of Arizona (Hosseinzadeh et al. 2023) Glücklicherweise hat sich ihre Entschlossenheit ausgezahlt. Durch die Analyse der UV- und Röntgendaten der NASA-Satelliten Hubble und Swift sowie vieler der besten Teleskope auf der ganzen Welt konnten die Forscher die beiden äußeren Schichten des explodierenden Sterns kartieren und eine außergewöhnliche Hypothese aufstellen . „Berechnungen des bei der Explosion emittierten zirkumstellaren Materials sowie der Dichte und Masse dieses Materials vor und nach der Supernova zeigen eine Diskrepanz, die es sehr wahrscheinlich macht, dass die fehlende Masse in einem Schwarzen Loch gelandet ist, das sich in der Folgezeit gebildet hat.“ der Explosion – etwas, das normalerweise sehr schwer zu bestimmen ist“, sagt Doktorand Ido Irani von Gal-Yams Team. „Stars verhalten sich in ihren letzten Lebensjahren sehr unberechenbar“, sagt Gal-Yam. „Sie werden instabil und wir können meist nicht sicher sein, welche komplexen Prozesse in ihnen ablaufen, weil wir den forensischen Prozess immer erst im Nachhinein beginnen, wenn viele der Daten bereits verloren sind.“ Aufgrund der Nähe des Sterns und der hohen Qualität der gesammelten Daten „stellt diese Studie eine einzigartige Gelegenheit dar, die Mechanismen besser zu verstehen, die zum Ende des Lebens eines Sterns und schließlich zur Bildung von etwas völlig Neuem führen“, sagt Zimmerman. Was passiert mit der Materie, aus der der ehemalige rote Überriese von Messier 101 bestand? Wir werden es wahrscheinlich nie herausfinden, aber die späteren Stadien der Supernova sind noch nicht abgeschlossen und es kommen immer noch neue Daten hinzu. Es ist also möglich, dass diese Studie und andere, die folgen werden, uns doch dabei helfen werden, ein besseres Verständnis davon zu erlangen wie wir hierher gekommen sind.
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- Quelle: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64934.php
