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Astronomen haben einen Zombie-Stern, der im Herzen der Supernova-Trümmer lauert, intensiv untersucht. Eine solche kosmische Explosion hätte diesen untoten weißen Zwergstern eigentlich zerstören müssen, aber stattdessen hat er sein Himmelsgrab mit einer aus Trümmern gebildeten „Blume“ markiert.

Nun haben Astronomen das Ereignis in einen 3D-Film verwandelt.

Die Menschheit wurde erstmals im Jahr 1181 auf den Todeskampf dieses Sterns aufmerksam, als ein neuer Stern, ein so genannter „Gaststern“, im Sternbild Kassiopeia für sechs Monate erschien, bevor er wieder verschwand. Dadurch wurde die Supernova, die heute als SN 1181 bezeichnet wird, zu einer der wenigen Supernovae, die vor der Erfindung des Teleskops beobachtet wurden. Im Jahr 2021 verfolgte die Amateurastronomin Dana Patchick die Spur von SN 1181 zurück zu ihrem Standort im Nebel Pa 30, der sich in der Milchstraße befindet, und stellte fest, dass die Supernova vor etwa 1000 Jahren ausgebrochen war (etwa 200 Jahre bevor unsere Vorfahren sie entdeckten und dokumentierten).

Eine Illustration zeigt einen Weißen Zwerg, der auszubrechen beginnt, während er sich von einem Begleitstern ernährt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Und vor kurzem hat ein Team unter der Leitung von Tim Cunningham vom Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, und Ilaria Caiazzo, Assistenzprofessorin am Institute of Science and Technology Austria (ISTA), eine detaillierte Untersuchung der Überreste von SN 1181 durchgeführt.

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„Unsere erste detaillierte 3D-Charakterisierung der Geschwindigkeit und der räumlichen Struktur eines Supernova-Überrests sagt uns viel über ein einzigartiges kosmisches Ereignis, das unsere Vorfahren vor Jahrhunderten beobachtet haben“, sagte Caiazzo in einer Erklärung. „Aber es wirft auch neue Fragen auf und stellt die Astronomen vor neue Herausforderungen, die sie als nächstes angehen müssen.“

SN 1181 ist eindeutig keine typische Supernova, weshalb sie Astronomen wie Cunningham und Caiazzo fasziniert. Denn weiße Zwerge wie dieser Zombie-Stern hätten die kosmische Horrorshow, die sie hervorgebracht hat, nicht überleben dürfen.

Wenn ein Stern explosionsartig von den Toten zurückkehrt

SN 1181 gehört zu einer Unterklasse von Supernovae, die als „Typ-Ia-Supernovae“ bezeichnet werden. Diese Art von Supernovae sind in der Regel so gleichmäßig, dass Astronomen sie als Standardkerzen bezeichnen, weil man sie zur Messung von Himmelsentfernungen verwenden kann. Um das klarzustellen: Es handelt sich nicht um die Art von Supernovae, die den Tod eines Sterns markieren, wenn dem Stern der für die Kernfusion benötigte Brennstoff ausgeht und er unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft kollabiert (und ein schwarzes Loch oder einen Neutronenstern hinterlässt).

Stattdessen beginnen Supernovae vom Typ Ia mit einem toten Stern, der sich von einem stellaren Begleiter ernährt. Diese kosmischen Leichenfresser sind Weiße Zwerge, die Art von Sternenleiche, die auch die Sonne hinterlassen wird, wenn sie in etwa 6 Milliarden Jahren stirbt. Die Phase des Weißen Zwerges der Sonne wird jedoch ihre friedliche Ruhe als abkühlende und verblassende kosmische Glut markieren – andere Weiße Zwerge werden diese Ruhe vielleicht nicht erleben.

Wie in einem Hammer-Horrorfilm mit Christopher Lee in der Hauptrolle ist es immer ein unglücklicher Zuschauer, der den Pflock aus Draculas Brust zieht, bevor er zur Mahlzeit wird. Das sind die Gefährten der toten Sterne, die ihnen zu nahe kommen.

Das liegt daran, dass diese zukünftigen „Spendersterne“, wenn sie in ihrer Roten-Riesen-Phase anschwellen (was schließlich dazu führt, dass sie selbst zu Weißen Zwergen werden), ihren Teil des Systems über eine seitlich-achtförmige Grenze hinaus auffüllen, die als „Roche-Lappen“ bezeichnet wird. Dies führt zu einem „Roche-Kegel-Überlauf“, bei dem Materie von diesem Spenderstern zum Weißen Zwerg fließt, wodurch der Weiße Zwerg wieder zum Leben erwacht.

Diese Situation kann jedoch nicht ewig andauern. Wie Lees Dracula es oft tat, werden auch diese Weißen Zwerge irgendwann ein wenig zu gierig.

Ein Diagramm zeigt, wie ein Stern anschwillt, um seinen Roche-Lappen zu füllen und Material an einen Begleitstern zu liefern. (Bildnachweis: Winburne University of Technology)

Wenn sich der Weiße Zwerg von seinem kosmischen Begleiter ernährt, kann das Material, das er abstreift, nicht direkt auf den toten Stern fallen, da das Material noch einen Drehimpuls hat. Das bedeutet, dass das Material eine wirbelnde, abgeflachte Wolke, eine so genannte Akkretionsscheibe, um den Weißen Zwerg bildet, die ihn allmählich ernährt. Doch trotz der verlangsamten Zufuhr häuft sich diese gestohlene Sternenmaterie immer noch auf der Oberfläche des Weißen Zwerges an, wodurch dieser instabil wird.

Die Situation endet mit einer thermonuklearen Explosion, die den Weißen Zwerg vollständig vernichtet. Aber diese kosmische Horrorgeschichte hat nicht immer ein so schönes Ende; manchmal gibt es eine Fortsetzung. Denn in sehr seltenen Fällen wird der Weiße Zwergstern bei der Supernova nicht vollständig zerstört. Stattdessen lebt er als zerbrochener Überrest oder „Zombie-Stern“ weiter.

Diese Ereignisse werden als „Typ-Iax-Supernovae“ bezeichnet, und die Astronomen glauben, dass sie nur 5 % der Supernovae vom Typ Ia ausmachen könnten. Wie Sie vielleicht schon erraten haben, ist SN 1181 ein Beispiel für eine Supernova vom Typ Iax.

Ein Bild von SN 1181, wie es von den NASA-Weltraumteleskopen Chandra und XMM-Newton gesehen wurde. (Bildnachweis: NASA, ESA, USAF, NSF; Bearbeitung: G. Ferrand (U. Manitoba), J. English (U. Manitoba), R. A. Fesen (Dartmouth), C. Treyturik (U. Manitoba); Text: G. Ferrand & J. English)

Die Supernova vom Typ Iax im Nebel Pa 30 hat diesen Zombie-Stern mit einer geschätzten Oberflächentemperatur von etwa 360.000 Grad Fahrenheit (200.000 Grad Celsius) zu einem der heißesten Sternkörper in der Milchstraße gemacht. Zum Vergleich: Die Sonne hat eine Oberflächentemperatur von etwa 10.000 Grad Fahrenheit (5.500 Grad Celsius).

Dieser Zombie-Stern stößt außerdem mit stellaren Winden, die Geschwindigkeiten von 36 Millionen Meilen pro Stunde erreichen, heftig auf den Rest seines Heimatnebels ein. Das ist etwa 45.000 Mal so schnell wie die auf der Erde gemessene Schallgeschwindigkeit oder 25.000 Mal so schnell wie die Höchstgeschwindigkeit eines Lockheed Martin F-16 Düsenjägers (es handelt sich bei diesem untoten Stern eindeutig nicht um einen dieser herkömmlichen langsamen Zombies, wie man sie in einem George Romero-Film sieht).

Diese gewalttätige Natur macht diesen zerbrochenen Weißen Zwerg zu einem idealen Kandidaten für die Untersuchung dieser seltenen Supernovae, und genau das haben Cunningham, Caiazz und ihre Kollegen auch getan.

Schönheit entsteht aus dem Grauen

Um diese Untersuchung durchzuführen, nutzte das Team Daten, die vom Keck Cosmic Web Imager (KCWI) gesammelt wurden. Dabei handelt es sich um einen Spektrographen, der sich in einer Höhe von 4.000 Metern über dem Meeresspiegel in der Nähe des Gipfels des Vulkans Mauna Kea, des höchsten Gipfels von Hawaii, am W. M. Keck Observatorium befindet.

KCWI ist in der Lage, die schwächsten Lichtquellen des Universums aufzuspüren, die aus dem „kosmischen Netz“ stammen, der größten Struktur im Kosmos, in der die Materie eine „Fahrbahn“ benutzt, um in Klumpen zu gelangen und Galaxien und Galaxienhaufen zu bilden.

Die Empfindlichkeit dieses Instruments, das ein Lichtspektrum von jedem Pixel, das es erzeugt, erfassen kann, ermöglichte es dem Team, ein 3D-Modell von SN 1181 zu erstellen und die Bewegung der Trümmer zu visualisieren. So konnte das Team einen „Film“ der Supernova-Trümmer erstellen. In früheren Studien wurde SN 1181 als statisches „Feuerwerk“ dargestellt.

Das Ergebnis war ein atemberaubendes, dynamisches Bild, das an die aufblühenden Blütenblätter einer kosmischen Pusteblume erinnert, die von Materiefäden erzeugt werden, die sich mit unglaublicher Geschwindigkeit ausbreiten. Unglaublicherweise stellte das Team jedoch auch fest, dass sich diese Filamente seit der Explosion, die sie in Gang gesetzt hat, nicht verlangsamt haben.

„Das ausgestoßene Material ist seit der Explosion weder verlangsamt noch beschleunigt worden“, sagte Cunningham in einer Erklärung. „Ausgehend von den gemessenen Geschwindigkeiten konnten wir durch einen Blick in die Vergangenheit die Explosion fast genau auf das Jahr 1181 eingrenzen.

Trotz der unglaublichen Natur dieser Ergebnisse ist die Untersuchung von SN 1181 noch nicht zu Ende. Die 3D-Modellierung hat einige Fragen aufgeworfen, die noch beantwortet werden müssen. So stellte das Team beispielsweise fest, dass neben den pusteblumenförmigen Filamenten und ihrer ballistischen Ausdehnung auch die Gesamtform der Supernova nicht den Erwartungen entsprach.

Cunningham, Caiazzo und Kollegen zeigten, dass das von der Supernova weggeschleuderte und in den Filamenten eingeschlossene Material seltsam asymmetrisch ist. Diese unausgewogene Geometrie stammt wahrscheinlich von der ursprünglichen Explosion selbst, was darauf hindeutet, dass sie asymmetrisch verlaufen ist. Außerdem scheinen die Filamente wie Schrapnelle eine scharfe innere Kante zu haben, die eine innere Leere um den Zombie-Stern offenbart.

Die Faszination der Wissenschaftler für SN 1181 und seinen untoten Bewohner wird wohl noch lange anhalten, ebenso wie unsere Begeisterung für Geschichten über Gespenster.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Donnerstag (24. Oktober) in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.