Kernkollaps-Supernovae
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?
Förderungsquellen:
EXC 153: Origin and Structure of the Universe - The Cluster of Excellence for Fundamental Physics
European Research Council Advanced Grant
