Jedes Jahr, ca 1.000 Supernovae vom Typ Ia brechen am Himmel aus. Diese Sternexplosionen werden heller und verschwinden dann in einem Muster, das so wiederholbar ist, dass sie als „Standardkerzen“ verwendet werden – Objekte, die so gleichmäßig hell sind, dass Astronomen die Entfernung zu einem von ihnen anhand ihres Aussehens ableiten können.
Unser Verständnis des Kosmos basiert auf diesen Standardkerzen. Betrachten Sie zwei der größten Geheimnisse der Kosmologie: Wie groß ist die expansionsrate des universums? Und Warum beschleunigt sich diese Expansionsrate?? Bemühungen, diese beiden Probleme zu verstehen, stützen sich entscheidend auf Entfernungsmessungen, die mit Typ-Ia-Supernovas durchgeführt wurden.
Doch die Forscher verstehen nicht ganz, was diese seltsam gleichförmigen Explosionen auslöst – eine Ungewissheit, die Theoretiker beunruhigt. Wenn es mehrere Möglichkeiten gibt, wie sie auftreten können, könnten winzige Inkonsistenzen in ihrem Erscheinungsbild unsere kosmischen Messungen verfälschen.
In den letzten zehn Jahren hat eine bestimmte Geschichte darüber, was Supernovae vom Typ Ia auslöst, Unterstützung erhalten – eine Geschichte, die jede Explosion auf ein Paar schwacher Sterne zurückführt, die als Weiße Zwerge bezeichnet werden. Jetzt haben Forscher zum ersten Mal erfolgreich eine Typ-Ia-Explosion in Computersimulationen des Doppel-Weißen-Zwerge-Szenarios nachgebildet und damit der Theorie einen entscheidenden Schub gegeben. Aber die Simulationen brachten auch einige Überraschungen hervor und zeigten, wie viel mehr wir über den Motor hinter einigen der wichtigsten Explosionen im Universum lernen müssen.
Einen Zwerg zur Detonation bringen
Damit ein Objekt als Standardkerze dienen kann, müssen Astronomen seine inhärente Helligkeit oder Leuchtkraft kennen. Sie können dies damit vergleichen, wie hell (oder dunkel) das Objekt am Himmel erscheint, um seine Entfernung zu ermitteln.
1993 der Astronom Mark Phillips gezeichnet wie sich die Leuchtkraft von Typ-Ia-Supernovas im Laufe der Zeit ändert. Entscheidend ist, dass fast alle Supernovae vom Typ Ia dieser Kurve folgen, die als Phillips-Beziehung bekannt ist. Diese Konsistenz – zusammen mit der extremen Leuchtkraft dieser Explosionen, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sichtbar sind – macht sie zu den stärksten Standardkerzen, die Astronomen haben. Aber was ist der Grund für ihre Konsistenz?
Ein Hinweis kommt vom unwahrscheinlichen Element Nickel. Wenn am Himmel eine Supernova vom Typ Ia erscheint, entdecken Astronomen, dass radioaktives Nickel-56 ausströmt. Und sie wissen, dass Nickel-56 von Weißen Zwergen stammt – düsteren, verpufften Sternen, die nur einen dichten, erdgroßen Kern aus Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten, der von einer Heliumschicht umhüllt ist. Doch diese Weißen Zwerge sind träge; Supernovae sind alles andere als. Das Rätsel ist, wie man von einem Zustand in den anderen gelangt. „Es gibt immer noch kein klares ‚Wie machst du das?’“, sagte er Lars Bildsten, ein Astrophysiker und Direktor des Kavli Institute for Theoretical Physics in Santa Barbara, Kalifornien, der sich auf Supernovae vom Typ Ia spezialisiert hat. „Wie bringt man es zum Explodieren?“
Bis vor etwa 10 Jahren ging die vorherrschende Theorie davon aus, dass ein Weißer Zwerg Gas von einem nahen Stern absaugt, bis der Zwerg eine kritische Masse erreicht. Sein Kern würde dann heiß und dicht genug werden, um eine außer Kontrolle geratene Kernreaktion auszulösen und in einer Supernova zu detonieren.
Dann im Jahr 2011 wurde die Theorie gestürzt. SN 2011feder nächstgelegene seit Jahrzehnten gefundene Typ Ia, wurde bei seiner Explosion so früh entdeckt, dass Astronomen die Möglichkeit hatten, nach einem Begleitstern zu suchen. Keiner wurde gesehen.
Die Forscher verlagerten ihr Interesse auf eine neue Theorie, die sogenannte D6-Szenario– ein Akronym, das für den Zungenbrecher „Dynamically Driven Double-Degenerate Double Detonation“ steht, geprägt von Ken Shen, Astrophysiker an der University of California, Berkeley. Das D6-Szenario schlägt vor, dass ein Weißer Zwerg einen anderen Weißen Zwerg einfängt und sein Helium stiehlt, ein Prozess, der so viel Wärme freisetzt, dass er eine Kernfusion in der Heliumhülle des ersten Zwergs auslöst. Das schmelzende Helium schickt eine Schockwelle tief in den Kern des Zwergs. Dann explodiert es.