Wissenschaftler haben Lichtechos als Zeitmaschine genutzt und Geheimnisse eines der einschneidendsten Ereignisse in der Geschichte der Astronomie gelüftet: einer Sternexplosion, die vor mehr als 400 Jahren von der Erde aus zu sehen war. Das internationale Team unter der Leitung von Oliver Krause vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg setzte eine interstellare Wolke als „Spiegel“ zur Untersuchung von Lichtsignalen ein, die die Erde schon im 16. Jahrhundert erreicht hatten. Auf diese Weise konnte erstmals die genaue Natur der damaligen Explosion als Supernova vom Typ Ia geklärt werden. Zu dieser Entdeckung, deren Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Nature vom 4. Dezember 2008 veröffentlicht werden, trug auch das Calar-Alto-Observatorium bei.

Tycho Brahe sieht die Supernova zum ersten Mal. Stich aus dem Buch Astronomie Populaire von Camille Flammarion (1879).

Anfang November 1572 erschien ein neuer, sehr heller Stern am Himmel. Das Gestirn leuchtete heller als alle anderen Sterne und war sogar bei Tageslicht sichtbar. Es wurde auf der ganzen Welt von einer Vielzahl von Astronomen beobachtet und trug maßgeblich dazu bei, unser Verständnis vom Universum für alle Zeiten zu verändern. Die von dem an der Universität von Valencia lehrenden spanischen Wissenschaftler Jerónimo Muñoz und dem dänischen Astronomen Tycho Brahe vorgenommenen genauen Vermessungen der Position dieses Himmelskörpers zeigten, dass das Objekt weiter von der Erde entfernt sein musste als der Mond. Diese Einsicht stand im Widerspruch zur aristotelischen Vorstellung einer unveränderlichen Fixsternsphäre, die das Denken des Okzidents fast 2000 Jahre lang beherrscht hatte. Das Ereignis von 1572 gilt deshalb als Einschnitt in der Wissenschaftsgeschichte und ist heute unter dem Namen Tychos Supernova bekannt.

Unterschiedliche Supernova-Typen

Illustration aus dem Buch De Stella Nova von Tycho Brahe (1573), in der die Position des neuen Sterns im Sternbild Kassiopeia gezeigt wird.

Die Astronomen des 16. Jahrhunderts wussten nicht, welche Art Stern sie beobachtet hatten. Erst 1940 gelangte man zur Erkenntnis, dass es sich um eine Supernova gehandelt haben musste. Eine Supernova ist das helle Aufleuchten eines Sterns am Ende seines Lebens als Folge einer Explosion, durch die er vollständig zerstört wird. Aber nicht alle Supernovae sind gleich. Supernovae vom Typ II entstehen durch den plötzlichen Kernkollaps, mit dem sehr massereiche Sterne ihr Leben beenden. Andere Explosionen lassen sich auf kataklysmische Interaktionsprozesse zwischen den Partnern eines Doppelsternsystems zurückführen. Die wichtigsten Vertreter dieser Gruppe sind so genannte Supernovae vom Typ Ia. Hier handelt es sich bei dem explodierenden Stern um einen Weißen Zwerg.

Lichtechos ermöglichen die Erforschung historischer Supernovae

Tychos Supernova war im Jahre 1572 am Himmel zu beobachten - zu früh, um die Erscheinung mit den Mitteln moderner Astronomie erforschen zu können? Die Antwort lautet: Nein. Ein internationales Forscherteam hat die Lichtecho-Methode genutzt, um heute einen Teil jenes Lichts zu untersuchen, das von der alten, vor mehr als 430 Jahren von Muñoz, Brahe und anderen beobachteten Explosion stammt. Die von der Supernova unmittelbar abgestrahlten Photonen haben die Erde 1572 erreicht. Sie breiten sich aber in Form einer konstant expandierenden Sphäre immer weiter im Universum aus. Trifft dieses Licht jedoch auf eine Wolke aus Staub und Gas, die sich (von der Erde aus gesehen) seitlich vom Explosionsort der Supernova befindet, werden einige Photonen in Erdrichtung abgelenkt und erreichen uns mit einer gewissen Verspätung. Dieses Phänomen lässt sich am Beispiel eines Steins verdeutlichen, der in einen Teich fällt: Die durch den Steinwurf hervorgerufenen Wellenringe breiten sich gleichmäßig aus, bis sie auf ein Hindernis stoßen. Das Auftreffen erzeugt neue Wellen, die sich konzentrisch von ihm fortbewegen. Bei einem Beobachter am Ufer kommen zunächst die unmittelbar von dem Ereignis ausgegangenen Wellen an, kurze Zeit später dann die vom Hindernis reflektierten.

In ähnlicher Weise hat das Team von Krause eine galaktische Wolke als interstellaren „Spiegel“ benutzt und konnte so denselben Lichtschein, der im 16. Jahrhundert (kurz vor der Erfindung des Teleskops) auf der Erde sichtbar war, noch einmal beobachten. Diesmal jedoch mit modernen Hilfsmitteln, wie sie in Observatorien wie auf dem Calar Alto oder dem Subaru Observatory auf dem Mauna Kea in Hawaii zur Verfügung stehen. Mit vergleichbarer Methode untersuchte dasselbe Forscherteam auch schon die Supernova Cassiopeia A. Tychos Supernova fand ebenfalls im Sternbild Cassiopeia und in vergleichbarer Entfernung von ungefähr 11 000 Lichtjahre statt. Die tatsächliche Explosion ereignete sich deshalb vor etwas mehr als 11 000 Jahren.

Kompositaufnahme vom Überrest der Tycho-Supernova, zusammengesetzt aus Infrarotbeobachtungen mit der Kamera Omega 2000 am 3,5-m-Teleskop auf dem Calar Alto, Infrarotbeobachtungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop und Röntgenbeobachtungen mit dem Chandra-Weltraumteleskop.

Die Spektralanalyse des reflektierten Lichtechos gibt Aufschluss über die bei der Explosion anwesenden chemischen Elemente. Hierbei wurde Silizium, aber kein Wasserstoff nachgewiesen. Dies beweist, dass es sich bei Tychos Supernova um die Detonation eines Weißen Zwerges gehandelt hat (Typ Ia SN). Alle Supernovae dieses Typs weisen praktisch die gleiche intrinsische Helligkeit auf und eignen sich deshalb gut als „kosmische Standardkerzen“ für die Messung extragalaktischer Entfernungen in den Weiten des Kosmos. Die Messung der Relation zwischen Entfernung und scheinbarer Helligkeit derartiger Supernovae, die in anderen Galaxien beobachtet wurden, hat zu der Entdeckung geführt, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt – ein Effekt, der für die Existenz der mysteriösen Dunklen Energie spricht. Diese bereitet den Astrophysikern seit über einem Jahrzehnt Kopfzerbrechen und gehört zu den großen Rätseln der Physik

Das 3,5-m-Teleskop von Zeiss im Calar-Alto-Observatorium.

Trotz ihrer zentralen Rolle sind viele Einzelheiten des Entstehungsmechanismus von Typ-Ia-Supernovae bislang noch nicht völlig verstanden. Alle in jüngerer Zeit beobachteten Supernovae dieses Typs haben sich in fernen Galaxien ereignet. Um die physikalischen Prozesse genauer beschreiben zu können, wäre es ideal, wenn man ein solches Ereignis im Detail in unserer eigenen Galaxie beobachten könnte. Und genau das ist durch die Arbeit der Krause-Gruppe jetzt gegeben. Der Studie gelingt nicht nur die Klassifizierung von Tychos Supernova als zum Typ Ia gehörig, sondern sie stellt darüber hinaus noch eine Menge zusätzlicher Informationen bereit. Oliver Krause erläutert: „Wir konnten beweisen, dass es sich bei der Supernova von 1572 um ein spektroskopisch normale Supernova vom Typ Ia handelt, allerdings mit Anzeichen einer asphärischen Explosion. Dies liefert neue, wichtige Randbedingungen für Explosionsmodelle, die jetzt gleichzeitig mit Beobachtungen der Explosion selbst wie auch des daraus resultierenden Supernovaüberrests verglichen werden können.“ Die neuen Daten umfassen die exakte Klassifikation des Ereignisses, eine unabhängige Entfernungsbestimmung sowie eine neue Schätzung der Explosionsstärke und –geometrie.

Das 2,2-m-Teleskop von Zeiss im Calar-Alto-Observatorium.

Ein internationales Gemeinschaftsprojekt

Auf diese Weise lassen sich jetzt durch Beobachtungen aus dem 21. Jahrhundert die Daten ergänzen, die Jerónimo Muñoz in seinem 1573 auf Spanisch veröffentlichten Libro del nuevo cometa („Buch über den neuen Kometen“), Tycho Brahe in seinem im gleichen Jahr erschienenen Werk De Stella Nova („Ein neuer Stern“) und andere historische Beobachter zusammengetragen haben. Ein Teil der Beobachtungen wurde im August und September 2008 auf dem Calar Alto (Spanien) mit dem 2,2-m- und dem 3,5-m-Teleskop unserer Sternwarte durchgeführt. Anschließend wurden auf Hawaii (USA) Daten mit dem japanischen Subaru-Teleskop gewonnen. Die Ergebnisse dieser Studien sind in der Wissenschaftszeitschrift Nature in der Ausgabe vom 4. Dezember 2008 veröffentlicht. Erstautor des Artikels ist Oliver Krause (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland) mit den Mitautoren Masaomi Tanaka (東京大学, Universität Tokio, Japan), Tomonori Usuda (国立天文台, Nationales Astronomisches Observatorium Japans), Takashi Hattori (ebenso), Miwa Goto (Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland), Stephan Birkmann (ebenso und Europäische Weltraumorganisation, ESA) und Ken'ichi Nomoto (東京大学, Universität Tokio, Japan).

Weitere Informationen:

Licht-Echos von Tycho Brahes Supernova aus dem Jahre 1572: Die Animation zeigt die Ausbreitung des Lichtblitzes der Supernova-Explosion sowie des durch Streung an einer interstellaren Wolke entstandenen Licht-Echos. Animation: Max-Planck-Institut für Astronomie

Pressmitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie 

Subaru-Teleskop Pressmitteilung (Englisch)

Bilder in hoher Auflösung:

Kompositaufnahme vom Überrest der Tycho-Supernova, zusammengesetzt aus Infrarotbeobachtungen mit der Kamera Omega 2000 am 3,5-m-Teleskop auf dem Calar Alto, Infrarotbeobachtungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop und Röntgenbeobachtungen mit dem Chandra-Weltraumteleskop. (892 kB)

Das 3,5-m-Teleskop von Zeiss im Calar-Alto-Observatorium. (846 kB)

Das 2,2-m-Teleskop von Zeiss im Calar-Alto-Observatorium. (1.8 MB)

© Calar Alto Sternwarte, Dezember 2008                         Diese E-Mail-Adresse ist gegen Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.