Was ist eine Supernova-Explosion? Wie beängstigend ist es?

Menschen, die sich mit Astronomie nicht gut auskennen, wissen möglicherweise nichts über Supernova-Explosionen. Wenn sich die Evolutionsreise einiger Sterne dem Ende nähert, beenden sie ihr Leben in einer gewaltigen Explosion und die verbleibenden Teile werden zu anderen Himmelskörpern. Diese Art von Explosion wird Supernova-Explosion genannt. Der Begriff wurde 1931 von Walter Baade und Fritz Zwicky geprägt.

Eine solche Explosion würde innerhalb kurzer Zeit enorme Mengen elektromagnetischer Strahlung freisetzen, darunter auch sichtbares Licht, das sogar die gesamte Galaxie, in der sie sich befindet, erleuchten könnte. Theoretische Berechnungen zeigen, dass die von einer Supernova während dieses Zeitraums abgestrahlte Energie 10^44 Joule erreichen kann. Dies ist ein sehr hoher Energiewert, vergleichbar mit der gesamten von der Sonne während ihrer Lebenszeit (etwa 10 Milliarden Jahre) abgestrahlten Energie. Manche Hypernovae setzen bei ihrer Explosion in kurzer Zeit viel mehr Energie frei als die Sonne in ihrem gesamten Leben.

Supernova-Explosionen können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden.

Eine der Ursachen besteht darin, dass am Ende des Lebens eines massereichen Sterns sein innerer Kernbrennstoff erschöpft ist und der innere Strahlungsdruck seiner eigenen Schwerkraft letztlich nicht mehr standhalten kann. Dies führt zu einem raschen Gravitationskollaps, der wiederum zu einer Explosion führt, die durch die Freisetzung der potentiellen Gravitationsenergie verursacht wird. Normalerweise können nur Sterne mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonnenmasse eine Supernova-Explosion erleben. Mit anderen Worten: Die Sonne wird nicht in einer Supernova explodieren.

Der andere Typ tritt in Doppelsternsystemen auf, wenn zwei Weiße Zwerge verschmelzen oder wenn die vom Begleitstern auf den Weißen Zwerg aufgesammelte Materie eine ausreichende Masse erreicht und die Chandrasekhar-Grenze (1,4-fache Sonnenmasse) erreicht, was ebenfalls eine Supernova-Explosion auslösen kann. Obwohl diese Art von Explosion ungewöhnlich klingt, kommen Doppelsternsysteme im Universum tatsächlich recht häufig vor.

Neutronensterne und Schwarze Löcher entstehen bei Supernova-Explosionen. Diese beiden Arten kompakter Himmelskörper weisen eine extreme Dichte auf; allein die Dichte der Neutronensterne erreicht eine Milliarde Tonnen pro Kubikzentimeter. Allerdings entstehen bei Supernova-Explosionen nicht immer so kompakte Objekte. manchmal werden sie in Stücke gerissen.

Wenn ein Stern am Ende seines Lebens als Supernova explodiert, stößt er den Großteil seiner Materie mit einer Geschwindigkeit von bis zu einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit aus und erzeugt dabei eine Stoßwelle, die wiederum zur Bildung einer schalenartigen Struktur aus expandierendem Gas und Staub führt. Diese Struktur ist der Überrest einer Supernova-Explosion.

Im Jahr 1054 wurden chinesische Astronomen Zeugen einer Supernova-Explosion, die so hell war, dass sie auch tagsüber sichtbar war. Anhand einschlägiger historischer Aufzeichnungen haben Wissenschaftler bestätigt, dass es sich bei den Überresten der Explosion um den heute sichtbaren Krebsnebel handelt, der 6.500 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Nach der Supernova-Explosion kollabierte sein Kern zu einem Pulsar (ein Pulsar ist ein schnell rotierender Neutronenstern). Dieser Pulsar wurde erst 1969 entdeckt. Es war der erste Himmelskörper, der als Überrest einer historischen Supernova-Explosion bestätigt wurde.

Supernova-Explosionen sind wirklich furchterregend, da die bei einer Explosion freigesetzte Energie extrem groß ist und es sich um eines der energiereichsten astronomischen Ereignisse im Universum handelt.

Die bei einer Supernova-Explosion freigesetzte Energie ist zu groß, um sie zu unterschätzen. Wenn die Explosion zu nahe an der Erde stattfindet, wird die bei der Explosion entstehende starke Gammastrahlung über die Erde hinwegfegen und ausreichen, um die Erdatmosphäre zu verändern und das Aussterben allen Lebens zu verursachen. Diese tödliche Strahlung wird als Gammastrahlenausbruch bezeichnet. Es kann nicht nur bei Supernova-Explosionen entstehen, sondern auch bei der Verschmelzung von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern.

In der Geschichte der Erde kam es zu fünf Massenaussterben. Nach den Untersuchungen der Wissenschaftler wurde das ordovizisch-silurische Massenaussterben vor 450 Millionen Jahren höchstwahrscheinlich durch die Explosion einer Supernova in Erdnähe verursacht. Die durch die Explosion erzeugte Strahlung zerstörte damals große Teile der Ozonschicht der Erde und setzte zahlreiche Organismen tödlicher Strahlung aus.

Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Supernova-Explosion eine Gefahr für die Menschheit darstellt, relativ gering, sodass kein Grund zur Sorge besteht.

Erstens sind die meisten Sterne sehr weit voneinander entfernt. Der sonnennächste Stern, Proxima Centauri, ist nur 4,2 Lichtjahre entfernt. Mit Ausnahme von Supernova-Explosionen, die von supermassereichen Sternen verursacht werden, können Supernova-Explosionen im Allgemeinen nur dann Auswirkungen auf die Erde haben, wenn sie sich in einem Umkreis von 50 bis 100 Lichtjahren um die Erde befinden.

Zweitens sind die meisten Sterne im Universum weniger massereich als die Sonne, und Sterne mit geringerer Masse haben normalerweise eine längere Lebensdauer, sogar eine längere als die Sonne. Das Universum ist nur 13,8 Milliarden Jahre alt. Im Durchschnitt ereignen sich in der Milchstraße nur zwei bis drei Supernova-Explosionen alle hundert Jahre. Es ist einfach so, dass die Zahl der Galaxien im Universum zu groß ist, sodass es dort jeden Tag zu Supernova-Explosionen kommt. Allerdings liegen diese alle außerhalb der Milchstraße und sind zu weit von der Erde entfernt, sodass sie für die Erde keine Gefahr darstellen.

Obwohl Supernova-Explosionen furchterregend sind, stellen sie auch eines der wichtigsten Glieder in der Entwicklung der Himmelskörper im Universum dar. Ohne Supernova-Explosionen wäre Leben im Universum überhaupt nicht möglich, denn die Elemente, die im Periodensystem nach dem Eisen stehen, entstehen grundsätzlich bei Supernova-Explosionen. Zwei leichte Elemente können zu schweren Elementen verschmelzen, allerdings sind die Bedingungen extrem hart und erfordern Temperaturen von Hunderten Millionen oder sogar Milliarden Grad. Derart extreme Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen können nur während einer Supernova-Explosion auftreten.

Darüber hinaus entdeckten Astronomen in den 1960er Jahren, dass die absolute Größe der maximalen Helligkeit einer Supernova-Explosion vom Typ Ia in einer klaren funktionalen Beziehung zur Lichtkurve steht, die zur Messung der Entfernung zu einer Galaxie verwendet werden kann und als Standardkerze für die astronomische Entfernungsmessung dienen kann.