Supernovae - Fast Forward Science 2018
Hallo Raumzeit. Ronny hier.
Wenn große Sterne sterben, dann explodieren sie in einer Supernova. Diese gewaltigen Explosionen
gehören zu den beeindruckendsten Erscheinungen im Kosmos. Sie haben unfassbare Zerstörungskraft
und sind gleichzeitig der Quell allen Lebens. Wir zeigen euch heute, wie eine Supernova
des Typs II in einem massereichen Stern entsteht und welche Auswirkungen sie hat. Willkommen
bei Raumzeit!
Bereits im Jahr 1054 beschrieben arabische und chinesische Astronomen eine Supernova. Die Chinesen nannten sie Ké Xing – einen
Gaststern. Der chinesische Beamte Yang Weide schrieb:
„Ich beobachte demütig, dass ein Gaststern erschien; über dem Stern ist ein schwaches
gelbes Leuchten. Man konnte ihn im Tageslicht beobachten, wie die Venus. Er hatte Strahlen,
die in alle Richtungen reichten und seine Farbe war rötlich-weiß. Er war 23 Tag lang
bei Tageslicht sichtbar.“ Die Supernova von 1054 ist noch heute sichtbar
– als Krebsnebel oder Crab Nebula – mittlerweile mit einem Durchmesser von über 11 Lichtjahren.
Natürlich wussten die Europäer davon nichts und sie wollten Supernovae auch nicht als
Ke Xing bezeichnen. So dauerte es also über 500 Jahre, bis wieder ein unbekannter Stern
in der Milchstraße erschien. Im Jahre 1572 beobachtete der junge Tycho Brahe eine weitere
Supernova. Er nannte die Erscheinung einen „neuen Stern“. Im Lateinischen – stella
nova. Auf seine Schrift geht unsere heutige Benennung zurück.
Aber was passiert da eigentlich? Wie wir im Video zur Sonne erklärt haben, geht unserem
Stern irgendwann der Brennstoff aus – die Fusion setzt aus und die Sonne endet als weißer
Zwerg. Die Sonne kann ihre Fusion nicht fortsetzen, weil ihre Kerntemperatur mit 15 Millionen
Grad zu niedrig ist, um Kohlenstoff fusionieren zu lassen.
Das ist allerdings anders bei größeren Sternen. Schafft die Sonne nur 15 Millionen grad, bringt
es ein Stern jenseits von acht Sonnenmassen auf bis zu 500 Millionen Grad. Und das erlaubt
die Fusion höherer Elemente – Kohlenstoff fusioniert nun zu Natrium, Neon und Magnesium.
Dabei steigt die Kerntemperatur weiter an – wie sind jetzt bei einer lauschigen Milliarde
Grad Celsius. Jetzt sagt Neon Auf Wiedersehen; Sauerstoff und Magnesium entstehen. Es wird
dabei die ganze Zeit heißer und die Prozesse laufen schneller und schneller ab. Bei 1,5
Milliarden Grad Celsius wird Sauerstoff zu Silizium, bei 2-3 Milliarden Grad fusioniert
schließlich auch das Silizium und erzeugt unter anderem EISEN.
Sobald Eisen im Kern erscheint, ist der Stern zum Untergang verdammt – derweil führt
die gewaltige Fusionsenergie dazu, dass der Stern größer und heller wird – ein roter
Supergigant. Ein extremes Beispiel ist VY Canis Majoris. Dieser rote Hypergigant – Super
reichte hier nicht mehr als Vorsilbe – hat 2 Milliarden Kilometer Durchmesser und genau
wie andere Superriesen ist er eine tickende Zeitbombe.
Dabei gilt – je massereicher der Stern, desto schneller geht ihm das Material zur
Fusion aus. Dazu kommt, dass jeder Fusionsschritt schneller läuft als der davor. In einem Stern
mit 20 Sonnenmassen beispielsweise wird 1 MIO Jahre lang Helium fusioniert. Für Kohlenstofffusion
benötigt er nur noch 1000 Jahre, Sauerstoff ist in wenigen Monaten aufgebraucht und das
jetzt erzeugte Silizium reicht noch für einen einzigen, glorreichen, letzten Tag. Dann verabschiedet
sich der Stern – aber nicht leise. Das Problem ist Eisen – Ganz vereinfacht
dargestellt: die Fusion zu Eisen erzeugt keine Energie wie die Schritte zuvor, und Eisen
fusioniert nicht weiter. Damit endet die Fusion des Sterns. Und wenn sie endet, dann endet
auch die Energie, die den Stern sein Leben hindurch vor dem Zusammenbrechen unter der
eigenen Gravitation bewahrt hat. Zunächst stürzt der Kern mit unvorstellbarer
Geschwindigkeit in sich zusammen – das Material erreicht dabei Geschwindigkeiten, die wir
statt in m/s² besser mit % der Lichtgeschwindigkeit angeben. Der Eisenkern fällt auf eine Größe
von wenigen Kilometern zusammen. Je nach Masse des Sterns kann es hier aufhören: bei 8-20
Sonnenmassen entsteht ein Neutronenstern – ein unfassbar dichter, massereicher Körper von
nicht mehr als 20 Kilometer Durchmesser. War der Stern aber schwerer, dann geht der Kollaps
weiter, und weiter und nichts kann ihn aufhalten und in seinem Zentrum entsteht eine Entität
mit so viel Masse, dass ihre Gravitation den Raum und die Zeit dermaßen krümmt, dass
nicht einmal Licht entweichen kann. Es entsteht die totale Finsternis eines schwarzen Lochs.
Aber was ist mit dem Stern? Der Kern ist kollabiert und übt gewaltige Gravitationskräfte aus
– gleichzeitig fehlt die stabilisierende Energie der Fusion. Der Stern stürzt in sich
zusammen und auch das passiert mit extremer Geschwindigkeit … aber: Die Schockwelle
des Kernkollapses stoppt die einfallende Materie und Neutrinos, die beim Kollaps freigeworden
sind, rasen auf sie zu. Falls jetzt jemand müde lächelnd sagt: „Neutrinos? Die gehen
doch durch alles durch,“ dann stimme ich zu – normalerweise. Hier reden wir über
mehr Neutrinos, viel mehr – extrem viel mehr. Die Energie, die beim Kernkollaps in
Form von Neutrinos freigesetzt wird entspricht dem Energieausstoß der Sonne – und zwar
über die gesamten 11 Milliarden Jahre ihrer Lebensspanne – multipliziert mal 100. Wow.
Diese unvorstellbare Energie rammt von innen in den vergehenden Stern und lässt ihn explodieren.
Diese Detonation ist so hell und so gewaltig, dass man sie durch das halbe beobachtbare
Universum sehen kann. Und diese Explosion nannte Tycho Brahe Stella Nova – und wir
nennen sie Supernova.
Eine Supernova ist aber nicht nur unaufhaltsame Welle der Zerstörung – sie ist gleichzeitig der Quell allen Lebens. In der Detonation
kommt es zu spontanen Fusionsprozessen. Hier entsteht eine Unzahl von schweren Elementen
– Kalzium, Phosphor, Aluminium, Nickel, selbst schwerste Elemente wie Gold und Uran
werden in den Hochöfen der Supernovae erschaffen. Das bedeutet, dass viele Teile von euch selbst
einst in einer Supernova erschaffen wurden – vor Milliarden von Jahren, vor der Existenz
des Sonnensystems selbst. Wir alle sind … buchstäblich … Sternenstaub.
Viele werden jetzt fragen, ob uns Supernovae in der Milchstraße eigentlich gefährlich
werden können. Tatsächlich würde eine nahe Supernova – sagen wir mal in zehn Lichtjahren
Entfernung – alles Leben auf der Erde auslöschen können. Realistisch aber gibt es eine solche
Bedrohung nicht. Der nächste Stern, der auch nur die Masse hat, einst in einer Supernova
zu detonieren ist Spica. Dieser Stern hat etwa 10 Sonnenmassen aber er ist 250 Lichtjahre
von der Sonne entfernt und damit weit genug, um nicht zur Bedrohung zu werden. Beeindruckender
noch ist Beteigeuze im Orion. Dieser rote Riese ist hunderte Male größer als die Sonne.
Wäre er im Zentrum des Sonnensystems, würde seine Photosphäre bis zum Asteroidengürtel reichen
und alle terrestrischen Planeten verschlingen. Dieser Stern wird in der nahen Zukunft (und
zwar innerhalb der nächsten Million Jahre) zur Supernova – auch das allerdings reicht
nur zum hübschen Leuchten am Himmel, denn Beteigeuze ist über 600 Lichtjahre weit von
uns entfernt. Wenn es euch gefallen hat, dann abonniert
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Nächste Woche um 19:00 geht es dann weiter mit dem vierten Teil unserer Reihe zum Fermi-Paradox.
Dann fragen wir nach den großen Filtern auf dem Weg vom einfachsten Leben hin zu unserer
Zivilisation. Wir sagen wie immer danke fürs Zuschauen und, in diesem Sinne, 42!
