Einzigartige Supernova-Beobachtung kurz nach Explosion

In der Galaxie NGC 3621 etwa zweiundzwanzig Millionen Lichtjahre entfernt ist im April 2024 der Stern SN 2024ggi explodiert. Schon rund sechsundzwanzig Stunden nach der ersten Entdeckung richteten Astronomen das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte auf das Ereignis. So früh wurden die ersten Augenblicke einer solchen Sternexplosion bislang noch nie so genau vermessen.

Wie Universe Today berichtet stammt die jetzt veröffentlichte Studie von einem internationalen Team um Yi Yang von der Universität Tsinghua in Peking. Die Forschenden nutzten ein Spezialinstrument am Teleskop, das nicht nur die Helligkeit des Lichts misst, sondern auch seine Polarisation. Diese Eigenschaft verrät, wie das Licht im Raum schwingt und erlaubt Rückschlüsse auf die Geometrie der Explosion.

Blick in die ersten Stunden des Sternentods

Massereiche Sterne enden ihr Leben in einer Supernova. Wenn im Inneren kein neues Fusionsbrennmaterial mehr zur Verfügung steht, kollabiert der Kern unter seiner eigenen Schwerkraft. Die äußeren Schichten stürzen nach innen, prallen auf den extrem dichten Kern und werden als Schockwelle wieder nach außen geschleudert. Was dabei im Detail geschieht, ist eine der großen offenen Fragen der Astronomie.

Beim roten Riesenstern, der zur Supernova mit der Bezeichnung SN 2024ggi wurde, beobachtete das Team genau den Moment, in dem der Schock die Oberfläche des Sterns durchbrach. Für kurze Zeit lässt sich dann erkennen, wie der Ausbruch geformt ist, bevor das Material in die Umgebung hinaus rast und die Struktur verwischt. Die Messungen zeigen, dass die ersten ausgestoßenen Gasmassen eher olivenförmig waren und sich später abflachten, dabei aber eine deutliche Symmetrieachse behielten.

Die Forschenden schließen daraus, dass die Explosion nicht vollkommen chaotisch verlief, sondern von einer geordneten Struktur geprägt war. Das passt besser zu Szenarien, in denen gebündelte Ströme aus Gas und Magnetfeldern entlang der Rotationsachse des Sterns dominieren. Modelle, bei denen vor allem Neutrinos das Geschehen steuern, sagen dagegen eher eine unregelmäßige Form voraus.

Hinweise auf bevorzugten Explosionsmechanismus

Schon länger diskutieren Fachleute zwei Hauptideen, wie eine Supernova nach dem Kollaps tatsächlich zur Explosion kommt. In einem Szenario werden in großer Zahl Neutrinos frei. Diese extrem leichten Teilchen können Material rund um den Kern aufheizen und so den Schock verstärken. In einer anderen Variante treiben gebündelte Ausflüsse entlang der Achse der Rotation die Hülle nach außen, oft unterstützt von starken Magnetfeldern.

Die nun gemessene klare Achsensymmetrie von SN 2024ggi spricht eher für einen Mechanismus, bei dem solche gerichteten Ausflüsse eine zentrale Rolle spielen. Ganz ausschließen lässt sich der Einfluss von Neutrinos nicht, doch die Daten legen nahe, dass sie allein nicht die Hauptrolle spielten. Die Supernova war also vermutlich stärker geordnet als viele Modelle bisher angenommen haben.

Besonders wertvoll ist, dass die Geometrie sowohl im Moment des Durchbruchs an der Sternoberfläche als auch später in der expandierenden Hülle ähnlich blieb. Das deutet darauf hin, dass derselbe physikalische Prozess den Ausbruch von Anfang an prägte. Die Studie liefert damit ein wichtiges Puzzleteil, um Computersimulationen von Supernovae realistischer zu machen.

Internationale Zusammenarbeit für schnelle Reaktion

Damit solche Beobachtungen gelingen, müssen viele Elemente zusammenspielen. Zunächst melden Überwachungsprogramme wie das Asteroid Terrestrial impact Last Alert System neue Lichtpunkte am Himmel, die auf eine frische Supernova hindeuten. Innerhalb weniger Stunden müssen dann Teleskope mit großer Sammelfläche und Spezialinstrumenten Zeit für Folgebeobachtungen freimachen.

Im Fall von SN 2024ggi funktionierte diese Zusammenarbeit vorbildlich. Schon kurz nach der Entdeckung beantragte das Team Beobachtungszeit am Very Large Telescope und erhielt einen schnellen Zugriff. Nur so konnte das seltene Zeitfenster genutzt werden, in dem die ersten Schockfronten sichtbar sind. Ohne diese internationale Koordination wären die entscheidenden Informationen unwiederbringlich verloren gewesen.

Die Forschenden betonen, dass die Methode auch auf künftige Ereignisse angewendet werden soll. Jede zusätzliche Supernova, die so früh erfasst wird, kann helfen, die Vielfalt der Explosionen besser zu verstehen. Langfristig hoffen Astronomen, die genauen Abläufe im Inneren der Sterne so gut zu kennen, dass sich aus den Beobachtungen auch etwas über die Entstehung schwerer Elemente und über Neutronensterne ableiten lässt.