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Supernova

Zerstörung und Entstehung

von Ben Alcazar


Supernova ist mitunter ein weitläufiger Begriff, der wie viele, inflationär genutzt wird. Eine fachliche Definition des komplizierten, aber spannenden physikalischen Phänomens soll Licht bringen.


Eine Supernova, also die Explosion eines sterbenden massereichen Sterns, in dem er in einer Sekunde mehr Energie abstrahlt als die Sonne in ihrem ganzen Leben, also zehn Milliarden Jahren, wurde noch 185 nach Christi von chinesischen Astronomen beobachtet.

Der lateinische Name allein, „stella nova“, ist auf den dänischen Astronomen Tycho Brahe zurückzuführen, als er einen plötzlich aufleuchtenden Stern am Himmel erkannte. Heutzutage werden mehrere solcher “Novae” an einem Tag verzeichnet.

Aber wie entstehen solche “Supernovae” oder sprichwörtlich “Supernovas”, welche ganze Galaxien mit ihrer Leuchtkraft in den Schatten stellen können? Um das zu verstehen, muss man zunächst wissen, was überhaupt ein Stern ist.


Photo: Joel Filipe

Stern oder nicht Stern?


Ein Stern ist nichts anderes, als ein Fusionsreaktor, im dessen Kern die Wasserstoffatomen aufgrund eines enormen Gravitationsdrucks bei mehreren zehn Millionen Grad miteinander verschmelzen und in schwereres Element, nämlich Helium, umgewandelt werden. Wenn alles Wasserstoff zu Helium verschmolzen ist, hört dieser Prozess zunächst auf. Dadurch leuchtet das Helium, während der Stern also wortwörtlich “verpufft”, und der kleine Reaktor zeigt seine Schönheit, wie wir sie kennen. Sterne, die man somit mit dem bloßen Auge sieht, “sterben” gerade.


Dieser innere Energielieferant der Sonne, ihr Kern, aus dem sie bis jetzt ihre Leuchtkraft und Hitze gewonnen hat, müsste jetzt aufgrund des enormen Gravitationsdrucks nach innen in sich kollabieren, denn es gibt kein Heliumgas mehr, der den Gegendruck nach außen leistet. Wenn der innere Teil der Sonne in sich zusammenbricht, dann wird der noch dichter und heißer. Es entsteht eine heißere Brühe, in der jetzt Heliumatomen zu noch schwereren Elementen zu verschmelzen beginnen: Kohlenstoff, Stickstoff, Magnesium, Neon, Silizium.

Dieser Prozess der Entstehung schwererer Elemente setzt sich so lange fort, bis der Fusionsreaktor der Sonne, ihr Kern, so heiß geworden ist und das Gegenspiel zwischen dem Gravitationsdruck nach innen und dem Gasdruck neuer schwerer Elemente nach außen plötzlich Eisen entstehen lässt.


Photo: NASA

Binnen Millisekunden fällt der Kern zusammen


In einer besonderen Klasse von Sternen, die massereicher als unsere Sonne sind, bleibt in der Mitte ein stabiles Element - die Asche des nuklearen Brennprozesses, nämlich eine Eisenkugel übrig. Die Photonen der Gammastrahlung beginnen die Eisenatomkerne aufzuspalten und es bleiben keine freien Elektronen mehr übrig, da sie in den Atomkern hineingepresst werden. Somit können keine neuen Elemente entstehen, welche dem Massendruck der darüberliegenden Schichten anderer schwerer Elemente wie Magnesium standhalten können. Binnen Millisekunden beginnt der Kern in sich zu einer Kugel aus reinen Neutronen zusammenzufallen.


Der Zeitpunkt des Todesurteils


Im Falle unserer Sonne ist der Druck, der auf den Kern herrscht, nicht so groß, und so kann Sie Milliarden von Jahren dahinkücheln, aber im Falle eines Sternes, welcher zehn Mal mehr Masse hat, herrscht ein dermaßen hoher Druck auf das Zentrum, dass der Stern wenige Millionen Jahre zu leben hat, weil er sehr schnell zum Stadium kommen wird, wo er sein Todesurteil unterschreibt, nämlich eine Eisenkugel zu synthetisieren, die mit 70.000 km/s in sich zusammenfällt und einen Neutronenstern mit etwa drei Sonnemassen und einem Radius von circa 15km im Kern entstehen lässt.


Photo: NASA

Dieser Neutronenkern hat eine Dichte, bei der ein Teelöffel wie ein großer Berg, etwa zehn Milliarden Tonnen, wiegt. In diesem Fall, übt der Kern eine dramatische Anziehungskraft auf die darüberliegenden Schichten aus leichteren Elementen, so dass diese gegen den Kern, wie gegen ein Trampolin abprallen und in wenigen Sekunden in einer spektakulären Explosion namens “Supernova” ins All geschleudert werden.

Dabei entsteht eine Stoßwelle welche mit einer Geschwindigkeit von 20.000 km/s durch das Innere des Sterns nach außen rast und auch schwerere Elemente als Eisen entstehen lässt, nämlich Uran, Kupfer, Silber oder Gold.


Übrig bleibt eine kochende Sternleiche, ein Pulsar, also ein Neutronenstern, dem aus seinen Polen Radio- oder Röntgenstrahlen Lichtjahre entfernt in den interstellaren Raum schießen und Nebula reich an allen Elementen, welche man für die Entstehung des Lebens braucht, zerstreut über Dutzende von Lichtjahren.


Massensterben von 50% durch Supernova


Allerdings können die Supernovae auch gefährlich sein, wenn sie in Erdnähe explodieren, wie es der Fall im Ordovizium vor etwa 480 Millionen Jahren der Fall war, als es noch kein Leben auf dem Festland, sondern nur im Wasser, gab. Dabei zerstörten die Strahlen einer Supernova in weniger als 100 Lichtjahren Entfernung die Ozonschicht der Erde und verursachten ein Massensterben von über 50 Prozent aller Lebewesen auf unserem Planeten.


Am gefährlichsten sind Supernovae vom Typ “Ia”, welche aus einem Doppelgestirn, bestehend aus einem Stern und einem lichtschwachen weißen Zwerg kommen können, da man interstellare Körper, die nicht oder nur wenig Licht emittieren, mit derzeitigen Teleskopen nur schwer aufspüren kann. Deswegen ist im Sinne des Lebens auf der Erde wichtig, solche Beobachtungstechnologien weiterzuentwickeln und neue Forschungsmethoden zu erschließen.

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