Ralf Krauter: Wenn Sterne, die viel schwerer sind als unserer Sonne, ihr Leben aushauchen, dann lassen sie es noch mal so richtig krachen. In einer gigantischen Supernova-Explosion schleudern sie einen Großteil ihrer verbliebenen Masse in den Weltraum hinaus. Der traurige Rest kollabiert dann, und zwar je nach Masse entweder zu einem Schwarzen Loch oder aber zu einem Neutronenstern. Ein stark magnetischer Neutronenstern, ein sogenannter Magnetar, brachte Astronomen der Europäischen Südsternwarte ESO jetzt allerdings zu der Einsicht, dass die mathematischen Modelle zur Beschreibung sterbender Sterne auf den Prüfstand gehören. Um zu verstehen warum habe ich Dominik Elsässer von der Universität Würzburg gefragt, wo genau sich der Magnetar befindet, der Astronomen wie ihn jetzt zum Umdenken zwingt.
Dominik Elsässer: Dieser Magnetar, der befindet sich im Sternhaufen Westerlund 1. Dieser Sternhaufen, der befindet sich grob in Richtung des galaktischen Zentrums in etwa 12.000 Lichtjahren Entfernung von uns. Und dieser Sternhaufen ist ausgezeichnet dadurch, dass er einmal ein sehr, sehr junger Sternhaufen ist, ist vier bis fünf Millionen Jahre alt erst, und zweitens dadurch, dass es eigentlich die größte Ansammlung von sehr massereichen Sternen überhaupt in der Lokalen Gruppe ist. Also da findet man ganz, ganz viele Überriesensterne, die selbst sehr leuchtkräftig sind.
Krauter: Und dieses Übergewicht an Schwergewichten, die dort versammelt sind, die haben auch diesen Magnetar, der sich unter diesen Schwergewichten tummelt, zu einem spannenden Untersuchungsobjekt gemacht.
Elsässer: Ja, auf jeden Fall. Also man weiß ja einerseits, dass sehr, sehr massereiche Sterne, wenn denen am Ende ihres Lebens der nukleare Brennstoff ausgeht und die dadurch nicht mehr den notwenigen thermischen Druck aufrechterhalten können, um der Eigengravitation entgegenzuwirken, kollabieren, zusammenstürzen sozusagen, und dann ihr Leben in einer sogenannten Kernkollaps-Supernova beenden, wobei der größte Teil der Sternhülle eben in einer spektakulären Explosion ins Weltall abgestoßen wird und der Kern des Sterns zusammenstürzt zu zum Beispiel einem Neutronenstern, wozu ja die Magnetare gehören. Also ein fantastisch dichtes Objekt, wo ein Kubikzentimeter Materie einige Hundert Millionen Tonnen wiegen kann. Eigentlich, wenn man so will, ein ganzer Berg komprimiert auf einen Zuckerwürfel.
Krauter: Was genau macht jetzt diesen Magnetar so spannend?
Elsässer: Also da geht es darum, dass man ja für Neutronensterne eigentlich auch eine obere Massegrenze angeben kann, bis zu dieser überhaupt Magnetare oder Neutronensterne allgemein nur stabil sein können. Und die muss liegen irgendwo unterhalb von drei Sonnenmassen. Und das wiederum bedeutet ja jetzt, da der Vorgängerstern dieses Magnetars sehr massereich war, dass es auch eine obere Grenze gibt für die Masse von Vorgängersternen, bis zu der sie nur Neutronensterne bilden können. Und momentan geht man davon aus, dass jeder massereichere Stern als etwa 40 Sonnenmassen am Ende dann seines Lebens keinen Neutronenstern, kein Magnetar bildet, sondern eben ein Schwarzes Loch. Das Interessante an diesem Magnetar ist jetzt, dass es da tatsächlich Anzeichen dafür gibt, dass der Vorgängerstern massereicher als diese 40 Sonnenmassen gewesen sein muss.
Krauter: Das heißt im Klartext: Dieser Magnetar hatte also einen so schwergewichtigen Vorläufer, dass er eigentlich gar nicht hätte entstehen dürfen, wenn die gängigen Modelle zur Supernova-Explosion richtig sind?
Elsässer: Ja, so kann man es sagen. Oder aber, natürlich gibt es die Möglichkeit, dass der Vorgängerstern sehr, sehr rapiden Masseverlust erlitten hat, zum Beispiel in Form eines ganz ungewöhnlich starken Sternenwindes oder durch Wechselwirkungen in einem engen Doppelsternsystem. Aber das sind eben auch Prozesse, die sind eben eigentlich, ja, also Neuland, dass man da betritt in den gängigen Modellen der Sternentwicklung.
Krauter: Also jetzt aus dieser Beobachtung zu folgern, dass irgendwo in diesen Modellen zu Supernova-Explosion oder der Sternentwicklung der Wurm drin ist, wäre vorschnell?
Elsässer: Also ich würde sagen, es ist auf jeden Fall ein sehr interessanter Hinweis. Einmal weiß man ja, dass in der Frühphase der Supernova-Explosion, quasi bei der Geburt des Neutronensterns, in vielen Fällen noch Material aus der Hülle nachstürzt auf den sich bildenden Neutronenstern und diesen dann eben über die kritische Grenze von etwa drei Sonnenmassen drüber schiebt und dann zum Schwarzen Loch kollabieren lässt. Und dieser sogenannte Fallback-Prozess hängt eben eng damit zusammen zum Beispiel, wie sphärisch symmetrisch diese Supernova-Explosion verläuft, und da sind ganz interessante Ansätze momentan im Gange, Supernova-Explosionen zu modellieren, zu beschreiben, die eben nicht so symmetrisch sind und dadurch vielleicht auch ein bisschen schwerere Sterne noch zu Neutronensternen werden lassen können.
Krauter: Also mehrere Beobachtungen, die belegen, dass sich die Natur offenbar nicht an die mathematischen Regeln hält, die wir uns für sie ausgedacht haben?
Elsässer: Ja, ich würde sagen, vielleicht dass sich die Natur nicht mit den allereinfachsten Modellen beschreiben lässt, die man natürlich erstmal macht, das ist auch legitim, um ein grundlegendes Verständnis zu kriegen, aber wenn man dann natürlich zu den extremsten Objekten gehen will, dann muss man diese Modelle sicherlich anpassen.
Dominik Elsässer: Dieser Magnetar, der befindet sich im Sternhaufen Westerlund 1. Dieser Sternhaufen, der befindet sich grob in Richtung des galaktischen Zentrums in etwa 12.000 Lichtjahren Entfernung von uns. Und dieser Sternhaufen ist ausgezeichnet dadurch, dass er einmal ein sehr, sehr junger Sternhaufen ist, ist vier bis fünf Millionen Jahre alt erst, und zweitens dadurch, dass es eigentlich die größte Ansammlung von sehr massereichen Sternen überhaupt in der Lokalen Gruppe ist. Also da findet man ganz, ganz viele Überriesensterne, die selbst sehr leuchtkräftig sind.
Krauter: Und dieses Übergewicht an Schwergewichten, die dort versammelt sind, die haben auch diesen Magnetar, der sich unter diesen Schwergewichten tummelt, zu einem spannenden Untersuchungsobjekt gemacht.
Elsässer: Ja, auf jeden Fall. Also man weiß ja einerseits, dass sehr, sehr massereiche Sterne, wenn denen am Ende ihres Lebens der nukleare Brennstoff ausgeht und die dadurch nicht mehr den notwenigen thermischen Druck aufrechterhalten können, um der Eigengravitation entgegenzuwirken, kollabieren, zusammenstürzen sozusagen, und dann ihr Leben in einer sogenannten Kernkollaps-Supernova beenden, wobei der größte Teil der Sternhülle eben in einer spektakulären Explosion ins Weltall abgestoßen wird und der Kern des Sterns zusammenstürzt zu zum Beispiel einem Neutronenstern, wozu ja die Magnetare gehören. Also ein fantastisch dichtes Objekt, wo ein Kubikzentimeter Materie einige Hundert Millionen Tonnen wiegen kann. Eigentlich, wenn man so will, ein ganzer Berg komprimiert auf einen Zuckerwürfel.
Krauter: Was genau macht jetzt diesen Magnetar so spannend?
Elsässer: Also da geht es darum, dass man ja für Neutronensterne eigentlich auch eine obere Massegrenze angeben kann, bis zu dieser überhaupt Magnetare oder Neutronensterne allgemein nur stabil sein können. Und die muss liegen irgendwo unterhalb von drei Sonnenmassen. Und das wiederum bedeutet ja jetzt, da der Vorgängerstern dieses Magnetars sehr massereich war, dass es auch eine obere Grenze gibt für die Masse von Vorgängersternen, bis zu der sie nur Neutronensterne bilden können. Und momentan geht man davon aus, dass jeder massereichere Stern als etwa 40 Sonnenmassen am Ende dann seines Lebens keinen Neutronenstern, kein Magnetar bildet, sondern eben ein Schwarzes Loch. Das Interessante an diesem Magnetar ist jetzt, dass es da tatsächlich Anzeichen dafür gibt, dass der Vorgängerstern massereicher als diese 40 Sonnenmassen gewesen sein muss.
Krauter: Das heißt im Klartext: Dieser Magnetar hatte also einen so schwergewichtigen Vorläufer, dass er eigentlich gar nicht hätte entstehen dürfen, wenn die gängigen Modelle zur Supernova-Explosion richtig sind?
Elsässer: Ja, so kann man es sagen. Oder aber, natürlich gibt es die Möglichkeit, dass der Vorgängerstern sehr, sehr rapiden Masseverlust erlitten hat, zum Beispiel in Form eines ganz ungewöhnlich starken Sternenwindes oder durch Wechselwirkungen in einem engen Doppelsternsystem. Aber das sind eben auch Prozesse, die sind eben eigentlich, ja, also Neuland, dass man da betritt in den gängigen Modellen der Sternentwicklung.
Krauter: Also jetzt aus dieser Beobachtung zu folgern, dass irgendwo in diesen Modellen zu Supernova-Explosion oder der Sternentwicklung der Wurm drin ist, wäre vorschnell?
Elsässer: Also ich würde sagen, es ist auf jeden Fall ein sehr interessanter Hinweis. Einmal weiß man ja, dass in der Frühphase der Supernova-Explosion, quasi bei der Geburt des Neutronensterns, in vielen Fällen noch Material aus der Hülle nachstürzt auf den sich bildenden Neutronenstern und diesen dann eben über die kritische Grenze von etwa drei Sonnenmassen drüber schiebt und dann zum Schwarzen Loch kollabieren lässt. Und dieser sogenannte Fallback-Prozess hängt eben eng damit zusammen zum Beispiel, wie sphärisch symmetrisch diese Supernova-Explosion verläuft, und da sind ganz interessante Ansätze momentan im Gange, Supernova-Explosionen zu modellieren, zu beschreiben, die eben nicht so symmetrisch sind und dadurch vielleicht auch ein bisschen schwerere Sterne noch zu Neutronensternen werden lassen können.
Krauter: Also mehrere Beobachtungen, die belegen, dass sich die Natur offenbar nicht an die mathematischen Regeln hält, die wir uns für sie ausgedacht haben?
Elsässer: Ja, ich würde sagen, vielleicht dass sich die Natur nicht mit den allereinfachsten Modellen beschreiben lässt, die man natürlich erstmal macht, das ist auch legitim, um ein grundlegendes Verständnis zu kriegen, aber wenn man dann natürlich zu den extremsten Objekten gehen will, dann muss man diese Modelle sicherlich anpassen.