Zusammenfassung:
Ein Überrest eines Sterns, der vor etwa 850 Jahren explodierte, stellt das traditionelle Verständnis der Menschen über Supernova-Explosionen in Frage. Ein internationales Forschungsteam hat mit dem Gemini-North-Teleskop die bisher klarsten Beobachtungsbilder erhalten und entdeckt, dass sich im Inneren des berühmten Supernova-Überrests Pa 30 eine Vielzahl bisher ungelöster Gasstrukturen verbergen. Noch überraschender ist, dass der Stern, der die Explosion verursacht hat, nicht vollständig zerstört wurde, sondern bis heute überlebt hat.
Pa 30 ist etwa 7.500 Lichtjahre von der Erde entfernt. Sein äußerer Umfang weist eine radiale Form auf, die einer Löwenzahn ähnelt, weshalb er seit langem die Aufmerksamkeit der Astronomen auf sich zieht. Dieses Ziel wurde ursprünglich 2013 von einem Bürgerwissenschaftler entdeckt. Später stellten Astronomen fest, dass es mit einer im Jahr 1181 n. Chr. aufgezeichneten Supernova-Explosion zusammenhängt. Dieses astronomische Ereignis wurde unabhängig von Astronomen aus China, Japan und dem arabischen Raum aufgezeichnet. Mit dieser Bestätigung wird Pa 30 zu einer von nur fünf historischen Supernovae, die vor der Erfindung der Teleskope eindeutig dokumentiert wurden und für die schließlich Gegenstücke gefunden wurden.
Die Forschung wurde gemeinsam von Tim Cunningham vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und Ilaria Caiazzo, Assistenzprofessorin am Institute of Science and Technology Austria (ISTA), geleitet und die Ergebnisse wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht.
Das Forschungsteam nutzte das Gemini North Telescope auf Mauna Kea, Hawaii, um hochauflösende Beobachtungen von Pa 30 durchzuführen. Durch die Analyse der spezifischen Wellenlängen des von ionisiertem Schwefel und doppelt ionisiertem Sauerstoff emittierten Lichts konnten die Forscher die innere Struktur der Ruinen mit beispielloser Präzision beobachten.
Die Ergebnisse zeigen, dass das neue Bild etwa zehnmal mehr filamentartige Gasstrukturen zeigt als zuvor beobachtet. Diese Strukturen bestehen nicht aus gleichmäßigen, kontinuierlichen Strömungen, sondern aus großen, dicht gepackten Gasknoten, wie Perlen auf einer Schnur.
Caiazzo sagte, dass Wissenschaftler so viele Details erkennen könnten, weil Pa 30 relativ nahe an der Erde sei. Sie wies darauf hin, dass die Größe jedes einzelnen Gasknotens extrem groß sei und selbst der Bereich des Sonnensystems, der sich von der Sonne bis zur Umlaufbahn des Neptun erstreckt, problemlos mehr als zehn davon aufnehmen könne. Besonders überraschend ist die Konsistenz in Form und Größe dieser Gasknoten. Das Forschungsteam hofft, ihren Entstehungsmechanismus künftig durch theoretische Modelle erklären zu können.
Die Forschung bestätigte außerdem, dass der Stern im Zentrum des Relikts ein „Zombiestern“ ist, der die Explosion einer Supernova vom Typ Iax überlebt hat.
Eine Supernova vom Typ Iax ist ein äußerst seltenes unvollständiges Explosionsereignis. Im Gegensatz zu herkömmlichen Supernovae, die den Stern vollständig zerstören, hinterlässt diese Art von Explosion einen verbleibenden Kern. Pa 30 ist derzeit der einzige bekannte Supernova-Überrest vom Typ Iax in der Milchstraße. Obwohl Wissenschaftler ähnliche Objekte in anderen Galaxien gefunden haben, ist Pa 30 der einzige Fall, bei dem ein überlebender Stern direkt beobachtet wurde.
Frühere Untersuchungen gingen davon aus, dass Pa 30 durch die Kollision zweier Weißer Zwerge entstanden sein könnte. Weiße Zwerge sind die hochdichten Überreste von Sternen, die sich entwickelt haben, mit einem Volumen nahe der Größe der Erde, aber extrem hoher Masse. Wenn zwei Weiße Zwerge kollidieren, können sie eine seltene Supernova-Explosion vom Typ Iax auslösen.
Da die Explosion bei vielen Supernova-Ereignissen nicht vollständig symmetrisch ist, erreichen die überlebenden Objekte normalerweise eine „Rückstoß“-ähnliche Geschwindigkeit und werden heftig vom Zentrum der Explosion weggestoßen. Das Forschungsteam stellte jedoch fest, dass sich die überlebenden Sterne in Pa 30 fast genau im Zentrum des Nebels befinden und ihre seitlichen Bewegungsgeschwindigkeiten extrem langsam sind.
Ciaazzo erklärte, dass die Impulserhaltung in der Physik bedeutet, dass bei einem hochsymmetrischen Explosionsprozess auch das ausgestoßene Material eine symmetrische Verteilung beibehalten sollte und der verbleibende Stern keine nennenswerte Rückstoßgeschwindigkeit erreichen würde. Die Messungen des Teams zeigten, dass die Obergrenze der Quergeschwindigkeit des Sterns so gering war, dass man ihn beim Verlassen der Explosionsstelle kaum sehen konnte.
Diese Entdeckung liefert wichtige Hinweise zum Verständnis der Entstehung von Supernovae vom Typ Iax.
Obwohl Supernovae vom Typ Iax selten sind, glauben Forscher, dass in der Milchstraße noch viel mehr solcher Relikte verborgen sein könnten. Cunningham wies darauf hin, dass die Geschichte der zuverlässigen Aufzeichnung von Sternexplosionsereignissen durch den Menschen erst etwa tausend Jahre zurückliegt. Daher kann nicht ausgeschlossen werden, dass es eine große Anzahl ähnlicher Ziele gibt, die noch nicht entdeckt wurden, sondern nur in den dunklen Regionen tief in der Milchstraße versteckt sind.
Er sagte, dass Wissenschaftler großes Glück hätten, einen so besonderen Himmelskörper jetzt untersuchen zu können, da diese Explosion nicht nur in einem historischen Zeitraum stattfand, sondern auch unabhängige Beobachtungsaufzeichnungen von mehreren Zivilisationen hinterließ und wertvolle Zeitkoordinaten für die moderne Astronomie lieferte.
Das Forschungsteam geht davon aus, dass Menschen mit der weiteren Nutzung einer neuen Generation großer Teleskope voraussichtlich weitere ähnliche „Zombiestern“-Systeme entdecken werden. Gleichzeitig wird Pa 30 auch zu einem wichtigen Referenzmuster zur Identifizierung solcher Objekte.
Derzeit gibt es in Pa 30 noch viele ungelöste Rätsel, etwa wie diese Gasknoten mit sehr gleichmäßigen Strukturen entstehen. Die Forscher hoffen, in Zukunft detailliertere Beobachtungen und Big-Data-Analysen nutzen zu können, um mögliche Ziele in der Milchstraße und nahegelegenen Galaxien zu untersuchen.
Cunningham sagte, dass die moderne Astronomie in das Zeitalter von Big Data eingetreten sei und die einzigartigen Eigenschaften von Pa 30 Forschern dabei helfen werden, mehr ähnliche Relikte aus umfangreichen Beobachtungsdaten zu finden.
Ciazzo wies darauf hin, dass mit zunehmender Beobachtungsentfernung die Himmelssignale schwächer und schwieriger aufzulösen seien. Obwohl Supernovae vom Typ Iax in entfernten Galaxien nachgewiesen werden können, sind ihre Reststrukturen oft ungelöst. Daher ist ein relativ nahes und gut erhaltenes Ziel wie Pa 30 besonders wertvoll. In Zukunft plant das Forschungsteam, die einzigartigen Eigenschaften von Pa 30 zu nutzen, um weiterhin nach weiteren Sternen zu suchen, die explodiert sind, aber in der Milchstraße und den umgebenden Galaxien überlebt haben.
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