Einsichten zu explodierten Sternen kompakt

Lichtkurven der Supernova 2011fe in Messier 101 – vom Satelliten Swift und seinem UV- und optischen Teleskop, das die besten Daten über die ganz frühe Entwicklung einer Typ-Ia-Supernova im Ultravioletten liefern konnte (und dem die SN bei größeren Wellenlängen bald zu hell wurde). Eine wesentliche Erkenntnis: Es hat kein UV-Aufglühen gleich am Anfang gegeben – wie man es aber eigentlich erwarten würde, wenn der Begleiter, der den Weißen Zwerg mit Materie fütterte, bis er thermonuklear explodierte, ein normaler Stern gewesen wäre: Der hätte nämlich einen markanten Schock erlitten. Selbst eine Sonne in ein paar Radien Abstand kann ausgeschlossen werden – ein Indiz für die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge als Ursache zumindest dieser Ia-Supernova? (Brown & al., Preprint 12.10.2011. Auch Li & al., Preprint 7.9.2011 mit einer sehr harten Hubble-Obergrenze für die Helligkeit des Progenitors, die ebenfalls gegen einen großen Stern als Begleiter spricht, und Gonzalez-Gaitan & al., Preprint 27.9.2011 zur Anstiegsphase von Ia-Supernovae, die immer 17 Tage dauert)

Sieben Papers über die Supernova 2011dh in Messier 51

• Die viel beachtete Supernova war vom Typ IIb, also ein kollabierter Stern, dem aber vorher seine äußeren Schichten abhanden gekommen waren, hat ihre frühe Photometrie und Spektroskopie gezeigt: Damit kann der Stern, den Hubble-Aufnahmen exakt an ihrem Ort zeigen, entgegen ersten Vermutungen schwerlich der Vorgänger gewesen sein. Die Hubble-Bilder von M 51 – 2005 im Rahmen des „Heritage“-Programms entstanden, bei dem es um pretty pictures geht – sprechen für einen gelben Überriesen mit -7.7Mv Absoluthelligkeit, der 100’000-fachen Sonnenleuchtkraft und dem 290-fachen Sonnendurchmesser, mit 17 bis 19 Sonnenmassen: vermutlich ein Begleiter des explodierten Sterns, dessen tatsächlichen Vorgänger – einen kompakten und sehr heißen Wolf-Rayet-Stern – er locker überstrahlen konnte. (van Dyk & al., Preprint 5.10.2011; auch Murphy & al., Preprint 13.10., Arcavi & al., Preprint 17.6., Maund & al., Preprint 13.6.2011 zur Vorgänger-Frage)
  
• Die SN 2011dh ist eine der am besten im Radio- wie Röntgenbereich beobachteten Supernovae: So wurden schon 14 Tage nach der Explosion VLBI-Beobachtungen (u.a. mit dem Effelsberger 100-m-Teleskop) gemacht, die allerdings nur eine Obergrenze des Supernova-Durchmessers von 450 µas lieferten, angesichts des kompakten Vorgängers – die SN war vermutlich vom Typ cIIb – und der Expansionsgeschwindigkeit der Ejekta allerdings auch nicht anders zu erwarten. Auch die Röntgenlichtkurve spricht für einen kompakten Vorgängerstern und gegen den gelben Überriesen als explodierten Stern. (Martí-Vidal & al., Preprint 26.10., Soderberg & al., Preprint 10.7.2011)
  
• Mit Hilfe der SN 2011dh und und der ebenfalls in M 51 beobachteten SN 2005cs konnte die Entfernung der Galaxie – mit der Expanding Photosphere Method – neu zu 8.4±0.7 Mpc bestimmt werden: Das bedeutet u.a. auch wieder, dass der gelbe Überriese am Ort der SN 2011dh ca. 277 Sonnendurchmesser hatte und nicht der Vorgänger der Supernova gewesen sein kann. (Vinko & al., Preprint 2.11.2011)

Enorme Mengen Staub in der Supernova 1987A, die dort offenbar nach der Sternexplosion aus dessen Überrest gebildet wurden, hat – nach jahrelanger Suche mit diversen Teleskopen – nunmehr der Satellit Herschel dingfest gemacht („Jede Menge …“): Aus letztlich nur vier Helligkeitsmessungen bei verschiedenen IR-Wellenlängen und dem Ausschließen aller alternativen Erklärungen für diese Emission folgen stolze 0.4 bis 0.7 Sonnenmassen Staub in Form 17 bis 23 K kalter Teilchen. Die ausgesprochen effiziente Staubproduktion dieser Supernova spricht dafür, dass Supernovae maßgeblich für die Staubmassen in jungen Galaxien bei hohen Rotverschiebungen verantwortlich sein könnten. (Matsuura & al., Science 333 [2.9.2011] 1258-61, auch McKee, ibid. S. 1227-8)

Zirkumstellares Material um viele Typ-Ia-SNe herum

verrät sich als blauverschobene Absorber in den Spektren von 35 dieser Supernovae: Bei diesem vom explodierten System fort strömenden Gas handelt es sich offenbar um einen Wind des Begleiters, dessen Gas den Weißen Zwerg zur Explosion brachte: Das passt nur zu einem normalen Stern und nicht zu einem zweiten Weißen Zwerg, der mit dem ersten verschmolz und ihn so über die kritischen Massengrenze trieb. Mindestens jedes vierte als Ia-SN endende System ist offenbar von dieser Sorte. (Sternberg & al., Science 333 [12.8.2011] 856-9; Carnegie Release 10., Weizmann Release 22.8.2011; S&T 18.8.2011)

Eine Supernova des Typs Ia mitten im Nirgendwo ist PTF10ops, die überdies in keine bekannte Unterklasse dieses Typs passt: Ihre Leuchtkraft ist geringer als üblich, die Lichtkurve dagegen normal. Und an ihrem Ort ist keinerlei Galaxie zu finden, erst in 150 kpc Entfernung: Ist hier ein extrem altes Sternsystem explodiert, das bis dorthin gewandert war? So oder so passt dieser Fall zu keinem der bislang vorgeschlagenen Vorgänger-Wege. (Maguire & al., Preprint 1.8.2011)

Typ-Ia-SNe waren im jungen Kosmos 5-mal häufiger

als im heutigen, zeigt ein intensives Suchprogramm mit dem Subaru-Teleskop, das in 150’000 Galaxien 150 Sternexplosionen vorfand, darunter 40 des thermonuklearen Typs: Vermutlich gab es damals einfach mehr junge Sterne, die zu den erforderlichen Weißen Zwergen wurden. (Subaru Release 3., Berkeley Release 4.10.2011)

Extrem helle Supernovae ohne Wasserstoff und Helium und einer mehr als 10-fach höheren Leuchtkraft als normal – bereits im nahen Kosmos bekannt – hat das PanSTARRS-Teleskop („PanSTARRS …“) auch in kosmologischer Distanz gefunden: Bei den meisten ist keine Galaxie dahinter zu erkennen. Und der Mechanismus der Explosionen? Unbekannt. (PS1SC Blog 4.10.2011)

Ein Pulsar machte aus einem Begleitstern einen „Planeten“

Das System PSR J1719-1438 ist es das zweite bekannte überhaupt, bei dem ein Pulsar von einem oder mehreren Objekten von Planeten-Masse umkreist wird – allerdings liegt hier der Verdacht nahe, dass das Ding mit einer Jupitermasse, das den Millisekundenpulsar alle 2.2 Stunden umkreist, früher einmal ein richtiger Stern war, dem die Strahlung des Neutronensterns sein meistes Gas davon geblasen hat. Mit einer Dichte von mindestens 23 g/cm^3 dürfte das höchstens 60’000 km große Objekt – korrekt wohl als ultraleichter Weißer Zwerg anzusprechen – aus Kohlenstoff bestehen, der in einer diamantartigen Kristallform vorliegt. (Bailes & al., Science 333 [23.9.2011] 1717-20; MPIfR PM 25., Matt Burleigh’s Blog, Professor Astronomy 26.8.2011)

Gepulste Gammastrahlung mit mehr als 100 GeV vom Crab-Pulsar, die der VERITAS-Detektor beobachtet, gibt Rätsel auf: Die üblicherweise heran gezogene Curvature Radiation kommt als Emissionsmechanismus nicht mehr in Frage (bisher war der Crab bis 25 GeV gesehen worden), eher schon inverse Compton-Strahlung – jedenfalls muss sie in mindestens 10 Radien Abstand vom Neutronenstern erzeugt werden, und es ist auch nicht klar, ob derselbe Mechanismus für die Crab-Emission bei allen Energien sorgt. (VERITAS Collab., Science 334 [7.10.2011] 69-72; CfA, WUStL, UCSC Releases, Ars Technica, Welt der Physik 6.10.2011. Und ArXiV Blog 11., AstroBites 12., Physics World 18.8.2011 zu würfelförmigen Neutronen in Neutronensternen – das packt sich besser)

Verschmelzende Neutronensterne leuchten lange im Radio

nach, u.U. wochenlang, während der rasante – „mild-relativistische“ Ausfluss aus dem Prozess mit dem umgebenden Medium wechselwirkt: Das zeigen jetzt Modellrechnungen. Die erfreulich für die Astronomie mit Gravitationswellen sind, denn Neutronenstern-Fusionen dürften zu den ersten kosmischen Quellen gehören, die deren Detektoren „empfangen“ können, wenn sie empfindlich genug geworden sind. Und das wäre der Nachweis der zugehörigen Radiostrahlung – die erst nach einer Weile einsetzt – eine willkommene Bestätigung, dass es tatsächlich passiert ist. Denn ansonsten ist allenfalls mit einer (optischen) Mini-Supernova zu rechnen, die leicht übersehen werden kann; das Radiosignal ist dagegen „robust“. Kurioserweise wurde schon einmal genau so eins beobachtet, aber der 5-GHz-Transient RT 19870422, der immerhin zwei Monate dauerte, könnte auch eine exotische Supernova gewesen sein. (Nakar & Piran, Nature 478 [6.10.2011] 82-4; BdW 29.9.2011)

Als der Stern ins Schwarze Loch fiel, gab es auch einen Jet und nicht nur ein zunächst GRB-artiges, dann aber lange anhaltendes Aufleuchten bei hohen Energien: Weitere Daten von der exotischen Quelle Sw 1644+57 legen nun nahe, dass dabei ein relativistischer Jet entstand – mit dem Theoretiker bei der Akkretion vom Masse auf ein SL nicht gerechnet hatten. Praktischerweise zeigt der Jet fast exakt in unsere Richtung – und es glimmt noch immer und wohl noch bis 2012. (Burrows & al./Zauderer & al., Nature 476 [25.8.2011] 421-8, auch Lazzati, ibid. 405-6; NASA Release, New Scientist 24., JAXA Release 25.8.2011)

Schlagwörter: Neutronenstern, Supernova, Weißer Zwerg