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Ein schwacher Röntgenblitz enthüllt den fehlenden Jetstrom bei einer Supernova-Explosion eines sterbenden Sternes – für das internationale Team um LMU-Forschende eine überraschende Entdeckung
Eine seltene kosmische Explosion hat Astronominnen und Astronomen einen beispiellosen Einblick in die letzten Momente eines massereichen Sterns gewährt und dabei eine fehlende Verbindung zwischen gewöhnlichen Sternexplosionen, den sogenannten Supernovae, und Gammastrahlenausbrüchen – den hellsten und energiereichsten Phänomenen im Universum – aufgedeckt.
Das Ereignis mit der Bezeichnung EP260321a konnte erstmals vom Satelliten „Einstein Probe“ als kurzer Röntgenblitz aus einer etwa 500 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie erfasst werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler interpretieren das Signal als „Schockausbruch“ – den Moment, in dem die Schockwelle aus dem kollabierenden Inneren eines Sterns durch dessen Oberfläche bricht und das erste Licht einer Supernova freisetzt.
Schockausbrüche treten vermutlich beim Tod jedes massereichen Sterns auf, sind jedoch sehr schwer zu erfassen. Sie dauern nur kurze Zeit und leuchten am hellsten im Röntgenlicht. In den vergangenen zwei Jahrzehnten konnten Forschende nur einen weiteren eindeutigen Röntgen-Schockausbruch mit Sicherheit identifizieren, was EP260321a zu einem außergewöhnlich seltenen Fund macht.
Der Röntgenblitz löste eine weltweite Beobachtungskampagne aus. Zu den Ersten, die ihn erfassten, gehörte das 2,1-Meter-Fraunhofer-Teleskop der LMU am Wendelstein-Observatorium, das eine sich rasch aufhellende Supernova entdeckte, die später als SN 2026gzf bezeichnet wurde. Beobachtungen der Entwicklung ihres Lichts zeigten, dass sie zur Klasse der sogenannten breitlinigen Typ-Ic-Supernovae gehörte. Bei dieser Klasse von Supernovae schießt typischerweise Material in einem Jet mit nahezu Lichtgeschwindigkeit heraus, wodurch Gammastrahlenausbrüche entstehen.
„Täglich sterben irgendwo im Universum Sterne. Doch nur selten geschieht etwas Ungewöhnliches in unserer Nähe, sodass Beobachtungen grundlegend neue Erkenntnisse liefern können“, sagt LMU-Astrophysiker Daniel Gruen, der die Beobachtungen mit Wendelstein und dem Hobby-Eberly-Teleskop in Texas leitete. „EP260321a ließ sofort die Alarmglocken läuten – ein Röntgenblitz, aber kein Gamma-Strahlen-Alarm? Eine Supernova in einer nahen Galaxie, eingebettet in einen blauen Knoten, der bereits seit Jahren immer heller wurde? Das entspricht nicht den Erwartungen und löste eine weltweite Verfolgungsjagd aus. Glücklicherweise waren wir mit den Observatorien der LMU genau auf diese Art von Gelegenheit gut vorbereitet.“
Kein typischer sterbender Stern
Wie sich herausstellte, war SN 2026gzf kein typischer sterbender massereicher Stern. Die Forscher waren überrascht, dass sie nach der Explosion keine Anzeichen für einen Gammastrahlenausbruch oder einen relativistischen Jet fanden. Dies ist umso unerwarteter, als die Explosion selbst keineswegs schwach war. Tatsächlich stimmen ihre Eigenschaften gut mit anderen Supernovae überein, die sehr wohl Gammastrahlenausbrüche erzeugt haben.
Brendan O’Connor, Astronom und McWilliams-Stipendiat an der Carnegie Mellon University (CMU) sowie Hauptautor einer der in „The Astrophysical Journal Letters“ veröffentlichten Arbeiten, in denen die Analyse vorgestellt wird, kombinierte die Teleskopdaten mit Beobachtungen des Chandra-Röntgenobservatoriums (CXO) der NASA und des Radioobservatoriums „Karl G. Jansky Very Large Array“ (VLA) des NRAO, um die vollständige Natur des Ereignisses aufzudecken.
„SN 2026gzf weist bemerkenswerte Ähnlichkeiten mit anderen energiereichen Supernovae auf, die zuvor mit Gammastrahlenausbrüchen in Verbindung gebracht wurden. Doch bei Folgebeobachtungen mit allen Wellenlängen unter Einsatz der empfindlichsten Teleskope der Welt fanden sich keine Hinweise auf einen Jet oder ein Nachleuchten, wie sie bei solchen Ereignissen typischerweise zu beobachten sind“, sagt O’Connor. „Eine Möglichkeit ist, dass zunächst ein Jet vorhanden war, dieser jedoch entweder durch die Oberfläche des Sterns oder durch ihn umgebendes Material „abgewürgt“ wurde.“
Ein weiteres Puzzleteil lieferten die Spektren – die „Fingerabdrücke“ des von der Supernova und den Sternen in der umgebenden Galaxie emittierten Lichts. Mithilfe des Anteils der LMU am Hobby-Eberly-Teleskop erstellte das Team ein Integralfeldspektrum, ein Bild, bei dem jedes Pixel sein Licht in einen Regenbogen aufspaltet und so detaillierte Informationen über seine Quelle preisgibt.
„Was wir im Spektrum festgestellt haben, ist, dass der explodierte Stern aus einer Wolke aus in seinem ursprünglichen Zustand belassenen Gas entstanden war. Es enthielt hauptsächlich Wasserstoff, mit nur etwa 15 Prozent der Metalle, die unsere Sonne und unsere lokale Umgebung enthalten“, erklärt Malte Busmann, Doktorand an der LMU und Mitautor der Studie, und fügt hinzu: „Nun, diese Metalle werden gerade hinzugefügt. Nur vier Tage nach dem Ausbruch der Schockwelle können wir bereits erste Signaturen der Metalle im Spektrum sehen, die von dem sterbenden Stern geschmiedet und nun in alle Richtungen hinausgeschleudert wurden.“
Der Ort der Explosion ist in der Tat eine der metallärmsten Umgebungen, die für diese Art von Supernova bekannt sind. Oft wird angenommen, dass Umgebungen mit geringer Metalldichte massereichen Sternen helfen, die für den Ausstoß schneller Jets erforderliche Rotation aufrechtzuerhalten. SN 2026gzf erzeugte jedoch ja gerade keinen typischen Gamma-Ray-Burst-Jet. Die Beobachtungen mit dem Hobby-Eberly-Teleskop zeigen daher, dass eine geringe Metalldichte allein nicht ausschlaggebend dafür ist, ob ein sterbender Stern erfolgreich einen Gamma-Ray-Burst erzeugt.
„Wenn ein massereicher Stern aus so metallarmem Gas gebildet wird erwarten wir, dass er etwa die Hälfte seines Materials abstößt, bevor er als Supernova explodiert. Das passt also mit der Hypothese zusammen, dass ein Jet von Material in der Umgebung des Sternes abgebremst wurde“ sagt Joachim Puls, Experte für massereiche Sterne und deren Winde an der LMU.
Einblick in die Zukunft der Astronomie
Mit einem außergewöhnlich schwachen Ausbruch von Röntgenstrahlung in Verbindung mit dem Fehlen der schnell sich ausbreitenden Jets, die typischerweise Gammastrahlenausbrüche antreiben, bildet EP260321a/SN 2026gzf eine einzigartige Brücke zwischen gewöhnlichen, nicht-relativistischen Supernova-Schockausbrüchen und den weitaus extremeren, relativistischen Explosionen, die Gammastrahlenausbrüche erzeugen.
Diese Entdeckung belegt, dass energiereiche Typ-Ic-Supernovae mit breiten Spektrallinien nicht immer einen Gammastrahlenausbruch oder einen hellen relativistischen Schockausbruch erzeugen, und legt nahe, dass massereiche Sterne auf vielfältigere Weise sterben können, als bisher angenommen.
Zusammen mit Spektren, die mit dem Anteil der CMU am Southern African Large Telescope und dem Dark Energy Spectroscopic Instrument gewonnen wurden, sowie Bildern, die von der Dark Energy Camera und dem Rubin-Observatorium – an denen die LMU beteiligt ist – sowie der Zwicky Transient Facility aufgenommen wurden, entstand ein hochpräzises Bild des Ereignisses. Weitere Beobachtungen in der Spätphase wurden mit dem James-Webb-Weltraumteleskop genehmigt, um die inneren Abläufe der Explosion, ihre Geometrie und die Zusammensetzung des Auswurfmaterials weiter aufzuklären.
„Diese Beobachtungsreihe gibt einen Einblick in die Zukunft der Astronomie schnell veränderlicher Himmelsphänomene. Durch die Koordination großer, wiederholter Himmelsdurchmusterungen mit kleineren, speziell dafür vorgesehenen Teleskopen können wir so viel mehr aus den überraschenden Entdeckungen lernen, die das Universum für uns bereithält“, sagt Xander Hall, Doktorand an der CMU und Zweitautor der Studie.
Prof. Dr. Daniel Grün
Professor für Astrophysik, Kosmologie und Künstliche Intelligenz
Fakultät für Physik
LMU München
Tel: +49 89 2180 6975
E-Mail: daniel.gruen@lmu.de
Brendan O’Connor, Xander J. Hall, Malte Busmann, Daniel Gruen, Alberto Floris, Tomás Cabrera, Ziyuan Zhu, Antonella Palmese, Dylan Green, John Banovetz. EP260321a/SN 2026gzf: The Faintest Shock Breakout Associated with a Broad-lined Supernova. In: The Astrophysical Journal Letters, 2026.
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae84ba
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
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