Lange vor der Supernova verlor der Stern die Kontrolle – Radio-Signale belegen es

Wenn ein Stern stirbt, explodiert er und es entsteht eine Supernova, die für wenige Wochen heller strahlt als eine ganze Galaxie. Der Stern leuchtet grell auf, dann bleibt oft nur ein Nebel zurück. Dieses Phänomen schien lange klar zweigeteilt: davor ein stabiler Stern, danach eine Explosion. Neue Radio-Signale ändern nun diese Annahme: Sie zeigen, dass der Zerfall viel früher beginnt und dass Sterne ihre Kontrolle oft schon Jahre vor ihrem Ende verlieren.

Die neuen Erkenntnisse stammen aus einer Studie, die im Fachjournal The Astrophysical Journal Letters erschienen ist. Beteiligt war ein Forschungsteam der University of Virginia. Untersucht wurde eine seltene Supernova mit der Bezeichnung SN 2023fyq. Sie explodierte in einer Galaxie rund 18 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Für die Astronomie ist dieser Fall besonders wertvoll, weil sich die Explosion über viele Monate hinweg auch anhand von Radiowellen verfolgen ließ – ein Novum für diesen Supernova-Typ.

Ermöglicht haben das große Radioteleskope wie das Very Large Array in New Mexico. Anders als optische Teleskope registrieren sie keine Lichtblitze, sondern extrem schwache Funksignale aus dem All. Diese Signale liefern Hinweise auf Vorgänge, die sich dem Blick im sichtbaren Licht vollständig entziehen.

Radio-Signale kommen den letzten Jahren einer Supernova auf die Spur

Die gemessenen Radio-Signale entstehen, wenn die Stoßwelle der Explosion auf Gas trifft, das der Stern bereits zuvor abgestoßen hat. Dieses Gas wirkt wie ein Gedächtnis. Es verrät, wann und wie viel Material der Stern verloren hat. Optische Teleskope können das nicht leisten, weil sie erst beim eigentlichen Knall einsetzbare Informationen liefern.

Die Auswertung zeigt ein klares Muster: Der Stern verlor in den letzten Jahren vor der Explosion enorme Mengen Material. Besonders stark war dieser Prozess etwa drei bis ein Jahr vor dem Ende. In dieser Zeit schleuderte der Stern rund 0,004 Sonnenmassen pro Jahr ins All. Das ist extrem viel. Zum Vergleich: Unsere Sonne verliert in derselben Zeit nur verschwindend geringe Bruchteile davon.

Das ausgestoßene Gas bewegte sich mit etwa 1.700 Kilometern pro Sekunde nach außen. Es bildete eine dichte Hülle in einer Entfernung von bis zu 2 × 10¹⁶ Zentimetern. Das entspricht mehr als dem Zehnfachen der Ausdehnung unseres Sonnensystems. Weiter außen fanden die Forschenden kaum noch Material. Daraus folgt: Der heftige Masseverlust setzte plötzlich ein – und endete ebenso abrupt.

Der Stern gerät lange vor der Explosion aus dem Gleichgewicht

Diese Beobachtungen verändern den Blick auf das Sterben massereicher Sterne. Der Zusammenbruch ist kein einzelner Moment, sondern ein Prozess. Jahre vor der Explosion gerät der Stern aus dem Gleichgewicht. Er stößt Schicht um Schicht ab, verliert Masse und Stabilität.

Studienleiter Raphael Baer-Way, Doktorand der Astronomie an der University of Virginia, beschreibt das so: „Wir konnten mit Radiobeobachtungen die letzte Lebensphase des Sterns betrachten – fast wie mit einer Zeitmaschine. Besonders intensiv war der Masseverlust in den letzten fünf Jahren vor der Explosion.“

Er erklärt auch, warum Radiowellen dabei so wichtig sind. Sterne in anderen Galaxien sind meist zu weit entfernt, um sie vor ihrem Ende direkt zu beobachten. Verliert ein Stern jedoch große Mengen Gas, wirkt das wie ein Spiegel. Trifft die Explosionswelle darauf, entstehen starke Radio-Signale, die frühere Vorgänge sichtbar machen.

Röntgenteleskope lieferten dazu ein wichtiges Gegenstück. Weder das Swift-Observatorium noch das Chandra-Teleskop registrierten klare Röntgensignale von SN 2023fyq. Das passt zum Gesamtbild: In größerer Entfernung fehlte dichtes Gas. Der Kontrollverlust blieb zeitlich begrenzt und konzentrierte sich auf die letzten Jahre.

Warum ein zweiter Stern wahrscheinlich beteiligt war

Die gemessenen Werte lassen sich kaum mit einem einzelnen Stern erklären. Ein normaler Sternwind reicht für solche Materialmengen nicht aus. Viel spricht dafür, dass SN 2023fyq Teil eines Doppelsternsystems war. In solchen Systemen umkreisen sich zwei Sterne sehr eng. Ihre Schwerkraft beeinflusst sich gegenseitig stark.

„Um in so kurzer Zeit so viel Masse zu verlieren, braucht es fast sicher zwei gravitativ gebundene Sterne“, sagt Baer-Way. Der Begleitstern könnte dem explodierenden Stern Material entrissen haben. Möglich ist auch eine Verschmelzung kurz vor dem Ende. Solche Szenarien gelten seit einigen Jahren als plausible Erklärung für besonders instabile Sterne.

Optische Beobachtungen stützen diese Annahme. Schon Jahre vor der Explosion zeigte der Stern auffällige Helligkeitsschwankungen. Sie deuten auf innere Unruhe hin. Die Radio-Signale ergänzen dieses Bild nun um die bislang unsichtbaren Gasströme.

Eine seltene Supernova eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten

Supernovae dieses Typs – sogenannte Typ-Ibn-Supernovae – sind äußerst selten. Sie entstehen, wenn ein massereicher Stern kurz vor seinem Tod große Mengen heliumreichen Gases abstößt. Nur etwa ein Prozent aller bekannten Explosionen gehört zu dieser Klasse. Weltweit sind bislang nur rund 100 Fälle dokumentiert.

SN 2023fyq ist die erste, bei der über viele Monate hinweg klare Radio-Signale gemessen wurden. Für die Forschung ist das ein Meilenstein. Astronomin Maryam Modjaz, Professorin an der University of Virginia und Expertin für Sternexplosionen, ordnet die Bedeutung der Studienergebnisse so ein:

Diese Arbeit öffnet ein neues Fenster ins Universum. Sie zeigt, dass wir Radioteleskope viel früher ausrichten müssen, um diese kurzen, aber entscheidenden Signale einzufangen.

Kurz zusammengefasst:

• Eine Supernova entsteht nicht plötzlich: Neue Radio-Signale zeigen, dass massereiche Sterne bereits Jahre vor der Explosion große Mengen Material verlieren und dabei ihre Stabilität schrittweise einbüßen.
• Radioteleskope machen das Unsichtbare messbar: Die Funksignale entstehen, wenn die Explosionswelle auf zuvor abgestoßenes Gas trifft, und erlauben eine genaue Rekonstruktion von Zeitpunkt, Menge und Geschwindigkeit des Masseverlusts.
• Doppelsterne spielen oft eine Schlüsselrolle: Die Daten zu SN 2023fyq sprechen dafür, dass ein enger Begleitstern den extremen Masseverlust ausgelöst hat, lange bevor die eigentliche Supernova sichtbar wurde.

Übrigens: Das Universum dehnt sich nicht nur aus, neue Messungen zeigen auch, dass die treibende Kraft dahinter womöglich nicht völlig konstant bleibt. Hinweise aus Daten von 670 Millionen Galaxien engen das bisherige Modell spürbar ein. Mehr dazu in unserem Artikel.

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