Wenn Sterne das Ende ihres Lebenszyklus erreichen, werden viele ihre äußeren Schichten in einem explosiven Prozess abblasen, der als Supernova bekannt ist. Obwohl Astronomen dank hochentwickelter Instrumente, die sie in mehreren Wellenlängen untersuchen können, viel über dieses Phänomen gelernt haben, wissen wir noch nicht viel über Supernovae und ihre Überreste.
Zum Beispiel gibt es noch ungelöste Fragen zu den Mechanismen, die die resultierenden Stoßwellen einer Supernova antreiben. Ein internationales Forscherteam verwendete jedoch kürzlich Daten, die vom Chandra-Röntgenobservatorium einer nahe gelegenen Supernova (SN1987A) erhalten wurden, und neue Simulationen, um die Temperatur der Atome in der resultierenden Stoßwelle zu messen.
Die Studie mit dem Titel „Kollisionsfreie Schockerwärmung von Schwerionen in SN 1987A“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur. Das Team wurde von Marco Miceli und Salvatore Orlando von der Universität von Palermo, Italien, geleitet und bestand aus Mitgliedern des Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF), des Instituts für angewandte Probleme in Mechanik und Mathematik sowie des Staates Pennsylvania und der Northwestern University .
Für ihre Studie kombinierte das Team Chandra-Beobachtungen von SN 1987A mit Simulationen, um die Temperatur von Atomen in der Schockwelle der Supernova zu messen. Auf diese Weise bestätigte das Team, dass die Temperatur der Atome mit ihrem Atomgewicht zusammenhängt. Dieses Ergebnis beantwortet eine langjährige Frage zu Stoßwellen und den Mechanismen, die sie antreiben.
David Burrows, Professor für Astronomie und Astrophysik am Penn State und Mitautor der Studie, sagte in einer Pressemitteilung des Penn State:
„Supernova-Explosionen und ihre Überreste bieten kosmische Labors, mit denen wir die Physik unter extremen Bedingungen erforschen können, die auf der Erde nicht dupliziert werden können. Moderne astronomische Teleskope und Instrumente, sowohl bodengestützt als auch weltraumgestützt, haben es uns ermöglicht, detaillierte Untersuchungen von Supernova-Überresten in unserer Galaxie und in nahe gelegenen Galaxien durchzuführen. Wir haben seit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA, dem besten Röntgenteleskop der Welt, seit dem Start von Chandra im Jahr 1999 regelmäßige Beobachtungen des Supernova-Überrests SN1987A durchgeführt und Simulationen verwendet, um langjährige Fragen zu Stoßwellen zu beantworten. “
Wenn größere Sterne durch Gravitation kollabieren, treibt die resultierende Explosion Material mit einer Geschwindigkeit von bis zu einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit nach außen und drückt Stoßwellen in das umgebende interstellare Gas. Wo die Stoßwelle auf das sich langsam bewegende Gas trifft, das den Stern umgibt, haben Sie die „Schockfront“. Diese Übergangszone erwärmt das kühle Gas auf Millionen Grad und führt zur Emission von Röntgenstrahlen, die beobachtet werden können.
Seit einiger Zeit interessieren sich Astronomen für diese Region der Schockwelle einer Supernova, da sie den Übergang zwischen der Explosionskraft eines sterbenden Sterns und dem umgebenden Gas markiert. Wie Burrows es verglich:
„Der Übergang ähnelt dem in einem Spülbecken beobachteten, wenn ein schneller Wasserstrahl auf das Spülbecken trifft und reibungslos nach außen fließt, bis er abrupt in die Höhe springt und turbulent wird. Schockfronten wurden in der Erdatmosphäre eingehend untersucht, wo sie in einer extrem engen Region auftreten. Aber im Weltraum sind Schockübergänge allmählich und wirken sich möglicherweise nicht auf alle Atome aller Elemente gleich aus. “
Durch die Untersuchung der Temperaturen verschiedener Elemente hinter der Schockfront einer Supernova hoffen die Astronomen, unser Verständnis der Physik des Schockprozesses zu verbessern. Obwohl erwartet wurde, dass die Temperaturen der Elemente proportional zu ihrem Atomgewicht sind, war es schwierig, genaue Messungen zu erhalten. Frühere Studien haben nicht nur zu widersprüchlichen Ergebnissen geführt, sondern auch die schweren Elemente nicht in ihre Analysen einbezogen.
Um dies zu beheben, schaute das Team auf Supernova SN1987A, das sich in der großen Magellanschen Wolke befindet und erstmals 1987 sichtbar wurde. Es war nicht nur die erste Supernova, die mit bloßem Auge seit Keplers Supernova (1604) sichtbar war, sondern auch die zuerst mit modernen Teleskopen in allen Wellenlängen des Lichts (von Radiowellen über Röntgenstrahlen bis hin zu Gammawellen) untersucht werden.
Während frühere Modelle von SN 1987A typischerweise auf einzelnen Beobachtungen beruhten, verwendete das Forscherteam dreidimensionale numerische Simulationen, um die Entwicklung der Supernova zu zeigen. Anschließend verglichen sie diese mit Röntgenbeobachtungen von Chandra, um die Atomtemperaturen genau zu messen, was ihre Erwartungen bestätigte.
"Wir können jetzt die Temperaturen von Elementen, die so schwer wie Silizium und Eisen sind, genau messen und haben gezeigt, dass sie tatsächlich der Beziehung folgen, dass die Temperatur jedes Elements proportional zum Atomgewicht dieses Elements ist", sagte Burrows. "Dieses Ergebnis ist ein wichtiges Problem beim Verständnis astrophysikalischer Stoßwellen und verbessert unser Verständnis des Schockprozesses."
Diese neueste Studie stellt einen bedeutenden Schritt für Astronomen dar und bringt sie dem Verständnis der Mechanik einer Supernova näher. Indem wir ihre Geheimnisse aufdecken, erfahren wir mehr über einen Prozess, der für die kosmische Evolution von grundlegender Bedeutung ist. So wirkt sich der Tod der Sterne auf das umgebende Universum aus.
