Das Geheimnis der berühmten Supernova-Explosion: Astronomen sehen endlich das wahre Gesicht des mysteriösen Himmelskörpers in 170.000 Lichtjahren Entfernung

Die Entwicklung und das Schicksal von Sternen hängen eng mit ihrer Masse zusammen. Die Masse von Sternen wird im Allgemeinen anhand der Masse der Sonne gemessen, die ungefähr 2*10^30 kg beträgt. Das Standardmodell des modernen Universums geht davon aus, dass es in den späten Entwicklungsstadien mittelgroßer und großer Sterne zu Supernova-Explosionen kommt, in deren Kern schließlich ein dichter Himmelskörper zurückbleibt.

Ein Stern mit einer Masse wie die Sonne gilt im Universum nur als relativ kleiner Stern. Am Ende seiner Entwicklung wird er nicht in einer Supernova explodieren, sondern sein Kern wird zu einem weißen Zwerg kollabieren. Eine Supernova-Explosion ereignet sich, wenn ein Stern mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonnenmasse stirbt. Bei Sternen mit einer Masse von weniger als dem 30-fachen der Sonnenmasse kann eine Supernova-Explosion einen Neutronenstern im Kern hinterlassen; und Sterne mit einer Masse von mehr als dem 30-fachen der Sonnenmasse können ein schwarzes Loch hinterlassen.

Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher sind allesamt Himmelskörper mit hoher Dichte. Jeder von ihnen ist kleiner und massereicher als die anderen, sodass auch die Dichte immer höher wird. Ein Weißer Zwerg ist nur so groß wie die Erde, aber seine Masse beträgt das 0,5- bis 1,4-fache der Sonne, bei einer Dichte von 1 bis 10 Tonnen pro Kubikzentimeter; Ein Neutronenstern hat einen Durchmesser von nur 10 bis 30 Kilometern und eine Dichte von erstaunlichen 100 bis 1 Milliarde Tonnen pro Kubikzentimeter. Der Kern eines Schwarzen Lochs ist eine unendlich kleine Singularität, daher ist seine Dichte unendlich, und die Masse eines neu erzeugten Schwarzen Lochs beträgt etwa das Drei- bis Zehnfache der Sonnenmasse.

Zunächst handelte es sich dabei um theoretische Vermutungen auf Grundlage der Gravitationsfeldtheorie. Mit der Verbesserung der Möglichkeiten zur Weltraumbeobachtung wurde festgestellt, dass es im Universum tatsächlich Weiße Zwerge, Neutronensterne, Schwarze Löcher und andere seltsame Himmelskörper gibt, und es werden immer mehr davon entdeckt. Sie sind ein gewöhnlicher Himmelskörper. Es gibt jedoch keine Beweise dafür, dass diese Himmelskörper tatsächlich nach Supernova-Explosionen entstanden sind.

Kürzlich haben das bis dato leistungsstärkste Webb-Teleskop und sein Vorgänger, das Hubble-Teleskop, das Rätsel um den Kern dieser berühmtesten Supernova der Geschichte gelöst. Durch die Beobachtung der Supernova 1987A und die Kombination der Beobachtungsfotos und Daten konnten sie bestätigen, dass sich in ihrem Zentrum tatsächlich ein Neutronenstern befindet.

Die Supernova 1987A war eine Explosion, die sich im Zentrum der Großen Magellanschen Wolke ereignete, einer Satellitengalaxie der Milchstraße, etwa 160.000 Lichtjahre entfernt. Mit anderen Worten: Das Licht der Supernova-Explosion war 160.000 Jahre unterwegs, erreichte die Erde im Februar 1987 und wurde vom Teleskop eingefangen.

Dies ist die nächstgelegene und hellste Supernova, die seit 1604 von Menschen beobachtet wurde. 37 Jahre lang haben Wissenschaftler diese Supernova untersucht, konnten jedoch nicht herausfinden, ob sich in ihrem Kern ein kompakter Himmelskörper befindet. Aufgrund der beobachteten Neutrinowellen ist es möglich, dass ein Neutronenstern mit einem Durchmesser von etwa 20 Kilometern entstanden ist. Allerdings ist es schwierig, allein auf Grundlage dieser Hinweise verlässliche Schlussfolgerungen zu ziehen, und verschiedene Möglichkeiten werden noch immer diskutiert.

Das bislang leistungsstärkste Weltraumteleskop, James Webb, wurde 2021 gestartet und verbessert die Beobachtungsmöglichkeiten des Menschen erheblich. Neue Entdeckungen in den Tiefen des Weltraums überraschen die Menschen immer wieder und liefern zusätzliche Erkenntnisse für die Erforschung der Supernova von 1987A. Das Webb-Teleskop kann elektromagnetische Wellen in verschiedenen Bändern beobachten und hat eine höhere Auflösung als seine Vorgänger. Im Juli 2022 beobachtete das Webb-Teleskop 1987A neun Stunden lang und machte eine bahnbrechende Entdeckung.

Beobachtungen mit dem Webb-Teleskop ergaben, dass der Kern der Supernova 1987A ionisierte Argon- und Schwefelgase enthält. Diese Gase können nur durch Neutronensterne ausgelöst werden und sind ein Beweis dafür, dass diese Atome durch Neutronensternstrahlung ionisiert wurden. Sie können daher als „Fingerabdruck“ der Existenz von Neutronensternen angesehen werden. Man kann davon ausgehen, dass dies der bislang stärkste Beweis dafür ist, dass sich im Kern der Supernova 1987A ein Neutronenstern befindet.

Neutronensterne sind so klein, dass sie auf unserer Erde bildlich gesprochen nur einer kleinen oder mittelgroßen Stadt entsprechen und im Weltall nur ein Staubkorn sind. Der bisher entdeckte nächstgelegene Neutronenstern ist Hunderte von Lichtjahren von der Erde entfernt, sodass es bisher nicht möglich war, ihn direkt zu beobachten. Tintenfischplatten-Neutronensterne haben jedoch ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften, insbesondere ihre starke elektromagnetische Strahlung, die wie ein Leuchtturm durch den Weltraum fegt. Wenn es über die Erde fegt, wird es von Radioteleskopen erfasst. Dabei wurden Tausende von Neutronensternen entdeckt.

Nach der Explosion einer Supernova wird der Kern durch Staub verdeckt, sodass er mit einem gewöhnlichen Teleskop nur schwer zu erkennen ist. Die Infrarotbeobachtungen des Webb-Teleskops können den Nebel durchdringen und die Wahrheit ans Licht bringen. Dadurch wird das Beobachtungsrätsel gelöst, das den Wissenschaftlern seit Jahrzehnten Rätsel aufgibt. „Das ist es, wonach wir seit dem Ausbruch gesucht haben, und jetzt haben wir es gefunden“, sagte Patrick Kavanagh, Astrophysiker an der Maynooth University in Irland.

Die Forschungsergebnisse wurden in der weltbekannten Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Josefin Larsson, Astrophysikerin am Königlichen Technischen Institut KTH in Stockholm und Mitglied des Forschungsteams, sagte: „Die Datenqualität ist sehr hoch, viel besser als ich erwartet hatte.“ Eine andere Astrophysikerin, Mikako Matsuura, sagte: „JWST (Webb-Teleskop) ist wirklich ein erstaunliches Teleskop, das solche Entdeckungen ermöglichen kann.“

Die Bedeutung dieser Entdeckung ist sehr wichtig. Es beweist, dass wahre wissenschaftliche Theorien den Test der Praxis und der Zeit bestehen können. Das weite Universum und der weite Sternenhimmel bergen unzählige Wunder und Geheimnisse. Wissenschaftliche Theorien sagen auch viele Dinge voraus, die noch nicht bestätigt wurden, wie etwa weiße Löcher, Wurmlöcher und so weiter.

Natürlich sind die Beweise für diese Entdeckung noch immer indirekt und bisher konnte kein Teleskop beobachten, wie der Neutronenstern im Kern von 1987A tatsächlich aussieht. Doch während sich die Supernova weiter ausdehnt, wird der Staub, der den Kern blockiert, dünner und löst sich auf. Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass der Neutronenstern im Kern irgendwann freigelegt wird und dass Beobachtungen immer mehr Hinweise liefern werden. Freuen wir uns darauf.

Vielen Dank fürs Lesen und herzlich willkommen zur Diskussion.

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Referenzlink: https://www.nature.com/articles/d41586-024-00528-4?utm_source=Live+Audience&utm_campaign=d9ad4e8e7d-briefing-dy-20240226&utm_medium=email&utm_term=0_b27a691814-d9ad4e8e7d-51426400