Mitglieder

Thomas Ertl (Postdoc)
Michael Gabler (Postdoc)
Rémi Kazeroni (Postdoc)
Tobias Melson (Postdoc)
Naveen Yadav (Postdoc)
Haakon Andresen (PhD student)
Robert Bollig (PhD student)
Robert Glas (PhD student)
Ninoy Rahman (PhD student)
Georg Stockinger (PhD student)

External Collaborators:

Thierry Foglizzo (CEA, Saclay)
Jérôme Guilet (CEA, Saclay)
Alex Heger (Monash Centre for Astrophysics)
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Gabriel Martinez-Pinedo (TU Darmstadt)
Bernhard Müller (Queen's University Belfast)
Martin Obergaulinger (Univ. Valencia)
Georg Raffelt (MPP Munich)
Achim Schwenk (TU Darmstadt)
Irene Tamborra (GRAPPA & Univ. Amsterdam)
Shinya Wanajo (RIKEN, Tokyo)
Stan Woosley (UCSC, Santa Cruz)
Annop Wongwathanarat (RIKEN, Tokyo)
Victor Utrobin (ITEP, Moscow)

Forschungsmeldungen

Neueste Computersimulationen in drei Dimensionen nähern sich einer Antwort auf die jahrzehntealte Frage wie massereiche Sterne als Supernovae explodieren. Bereits Mitte der 1960er Jahre wurde vorgeschlagen, dass Neutrinos dabei eine zentrale Rolle spielen, weil der neu entstehende Neutronenstern im Zentrum eines sterbenden Sterns diese in riesiger Zahl abstrahlt. Doch erst jetzt, mit den stärksten verfügbaren Supercomputern, konnten die Wissenschaftler zeigen, dass dieser neutrinogetriebene Explosionsmechanismus tatsächlich funktioniert.

Dreidimensionale Computermodelle stützen Neutrinos als Ursache von Supernovaexplosionen

1. August 2015

Neueste Computersimulationen in drei Dimensionen nähern sich einer Antwort auf die jahrzehntealte Frage wie massereiche Sterne als Supernovae explodieren. Bereits Mitte der 1960er Jahre wurde vorgeschlagen, dass Neutrinos dabei eine zentrale Rolle spielen, weil der neu entstehende Neutronenstern im Zentrum eines sterbenden Sterns diese in riesiger Zahl abstrahlt. Doch erst jetzt, mit den stärksten verfügbaren Supercomputern, konnten die Wissenschaftler zeigen, dass dieser neutrinogetriebene Explosionsmechanismus tatsächlich funktioniert. [mehr]
Massereiche Sterne explodieren am Ende ihres Lebens als Supernova, doch wie genau verläuft die Explosion und welche Rolle spielen ganz unterschiedliche physikalische Prozesse? Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik nun eine Sternexplosion vollständig in allen drei Dimensionen mit detaillierter Physik simulieren. Dabei zeigt sich, dass die energiereichen, vom Neutronenstern abgestrahlten Neutrinos wie erwartet die Explosion auslösen, indem sie die Sternmaterie heizen. Turbulente Strömungen unterstützen diesen Prozess und führen zu einer energiereicheren Explosion.

Computersimulation zeigt erfolgreiche Sternexplosion in drei Dimensionen

1. April 2015

Massereiche Sterne explodieren am Ende ihres Lebens als Supernova, doch wie genau verläuft die Explosion und welche Rolle spielen ganz unterschiedliche physikalische Prozesse? Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik nun eine Sternexplosion vollständig in allen drei Dimensionen mit detaillierter Physik simulieren. Dabei zeigt sich, dass die energiereichen, vom Neutronenstern abgestrahlten Neutrinos wie erwartet die Explosion auslösen, indem sie die Sternmaterie heizen. Turbulente Strömungen unterstützen diesen Prozess und führen zu einer energiereicheren Explosion. [mehr]
Im Zentrum von explodierenden Sternen, sog. Supernovae, entstehen extrem heiße und dichte Neutronensterne. Erste dreidimensionale Computersimulationen zeigen eine unerwartete, lang anhaltende Dipolasymmetrie der Neutrinoabstrahlung dieser kompakten Sternleichen. Sollte dieses erstaunliche Ergebnis der theoretischen Modelle physikalisch real sein, hätte eine solche Emissionsdifferenz in gegenüberliegenden Halbkugeln weitreichende Konsequenzen für die Entstehung schwerer Elemente in Sternexplosionen und würde den Neutronenstern durch einen Rückstoß beschleunigen.

Asymmetrische Neutrinoemission: Ein neues Phänomen in entstehenden Neutronensternen

Im Zentrum von explodierenden Sternen, sog. Supernovae, entstehen extrem heiße und dichte Neutronensterne. Erste dreidimensionale Computersimulationen zeigen eine unerwartete, lang anhaltende Dipolasymmetrie der Neutrinoabstrahlung dieser kompakten Sternleichen. Sollte dieses erstaunliche Ergebnis der theoretischen Modelle physikalisch real sein, hätte eine solche Emissionsdifferenz in gegenüberliegenden Halbkugeln weitreichende Konsequenzen für die Entstehung schwerer Elemente in Sternexplosionen und würde den Neutronenstern durch einen Rückstoß beschleunigen. [mehr]
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching gelang es erstmals, mit komplexen Computerberechnungen in allen drei Raumdimensionen nachzuvollziehen, wie bei Sternexplosionen die beobachteten Asymmetrien und schnellen, eisenreichen Klumpen entstehen.

Wie Supernovae in Form kommen

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching gelang es erstmals, mit komplexen Computerberechnungen in allen drei Raumdimensionen nachzuvollziehen, wie bei Sternexplosionen die beobachteten Asymmetrien und schnellen, eisenreichen Klumpen entstehen. [mehr]

Kernkollaps-Supernovae

Explosion im Inneren des Sterns Bild vergrößern
Explosion im Inneren des Sterns

Gravitationskollaps-Supernovae sind gigantische Explosionen von Riesensternen am Ende der thermonuklearen Entwicklung dieser Sterne. Dabei werden Neutronensterne und schwarze Löcher geboren. Supernovae sind die energiereichsten stellaren Phänomene im Universum und spielen eine Schlüsselrolle für die Bildung und Verteilung von chemischen Elementen im Weltall. Sie regen die Entstehung neuer Sterne an und stehen in enger Verbindung mit der Unterklasse der rätselhaften langen Gammablitze (mit Zeitdauern von typischerweise mehr als zwei Sekunden). Daher sind Astrophysiker sehr daran interessiert zu verstehen, welche Sterne als Supernovae explodieren, welche physikalischen Prozesse die Explosion auslösen und was die zu beobachtenden Konsequenzen dieser kataklysmischen Ereignisse sind.

Wenn im Zentrum eines sterbenden Sterns der ausgebrannte stellare Eisenkern durch Elektroneneinfänge und Fotodissoziation von schweren Atomkernen instabil wird, führt ein katastrophaler Kollaps zur Bildung eines Neutronensterns oder eines schwarzen Lochs. Dabei wird die Energie frei, die die Explosion der Supernova verursacht. Der optische Ausbruch der Supernova beginnt, wenn die Explosionswelle, die sich im für Licht undurchdringlichen stellaren Zentrum bildet, letztlich die Oberflächenschichten des Sterns erreicht. Da Riesensterne sehr große Radien besitzen, kommt es erst viele Stunden bis Tage nach dem eigentlichen Einsetzen der Katastrophe im Mittelpunkt des Sterns zum Anstieg der Strahlungsemission.

Das einzige Mittel, direkte Informationen über die Vorgänge im Zentrum einer Supernova zu erhalten, welche die Explosion antreiben, ist die Beobachtung von Neutrinos, die der sich bildende Neutronenstern in großer Zahl abstrahlt. Auch Gravitationswellen eignen sich als Informationsträger, die das Herz der Explosion unmittelbar verlassen können. Sie werden ausgesendet, wenn der Kollaps aufgrund von Rotation nicht perfekt symmetrisch verläuft und wenn mächtige turbulente Massebewegungen und anisotrope Neutrinoemission zu Abweichungen von der Kugelsymmetrie führen. Numerische Simulationen, mit Einsatz der leistungsfähigsten Superrechner, stellen einen weiteren Weg dar, das komplexe Supernova-Phänomen zu erforschen. Dies bleibt jedoch eine wahre Herausforderung, da extrem komplexe physikalische Prozesse auf stark unterschiedlichen Längen- und Zeitskalen berücksichtigen müssen. Neben multidimensionaler Neutrinostrahlungshydrodynamik und den schwachen Wechselwirkungsprozessen zwischen Neutrinos und Materie spielt die Ausbreitung von Stoßwellen durch die Schichten des Vorgängersterns mit nuklear brennbarer Materie eine wichtige Rolle, und die Effekte von elektromagnetischer Strahlung und magnetischen Feldern müssen für spezielle Fragen ebenso mit einbezogen werden.

Die Supernova-Forschungsgruppe am MPA unter der Leitung von Hans-Thomas Janka wird durch einen "ERC Advanced Grant" des Europäischen Forschungsrates gefördert. Weitere Informationen über die laufende Forschung und die neuesten Ergebnisse können auf der Projektseite abgerufen werden:



Um einen einfachen Datenaustausch mit Forscherkollegen zu ermöglichen, werden die Simulationsergebnisse der Supernova-Forschung am MPA in einem regelmäßig aktualisierten Datenarchiv bereitgestellt. Daten und Animationen der Supernova-Simulationen sind hier hinterlegt:

The Garching Core-Collapse Supernova Archive


Supernovae - Was passiert, wenn Sterne sterben?

Video für die Öffentlichkeit, produziert von der Max-Planck-Gesellschaft

Förderungsquellen:

EXC 153: Origin and Structure of the Universe - The Cluster of Excellence for Fundamental Physics

European Research Council Advanced Grant

This project receives funding from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement ERC-AdG 341157-COCO2CASA.

Physical Sciences and Engineering → PE9 Universe Sciences → PE9_6 Stars and stellar systems

 
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