Dreidimensional Forscher simulieren stellare Explosion

Erstmals haben Astrophysiker eine Supernova-Explosion dreidimensional nachgebildet. Wenn massive Sonnen kollabieren, so zeigt die Computersimulation, entstehen höchst komplexe Formen.


Simulierter Beginn einer Supernova: 400 Millisekunden nach dem Kollaps ist der Kern noch rund Am Anfang steht die Implosion: Von außen stürzen Gasmassen auf den stellaren Kern Nach 450 Millisekunden entsteht die eigentliche Explosion: Gas wird erhitzt und nach außen geschleudert



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Schwergewichtige Sterne beenden ihre aktive Laufbahn mit einer spektakulären Explosion, die für einen Moment ganze Galaxien überstrahlen kann. Der Energieschub ist so gewaltig, dass eine nahe Supernova einen Großteil des irdischen Lebens auslöschen könnte. Um den Ablauf der stellaren Katastrophen besser zu verstehen, haben US-amerikanische Astrophysiker einen solchen Ausbruch zum ersten Mal in drei Dimensionen simuliert.

Am Computer simulierte Supernova-Explosion: Lebensspendende Katastrophe
REUTERS

Am Computer simulierte Supernova-Explosion: Lebensspendende Katastrophe

Das mit einem der weltweit leistungsstärksten Supercomputern erstellte Modell, das die Forscher vom Los Alamos National Laboratory am Dienstag auf einem Treffen der American Astronomical Society in Albuquerque präsentierten, zeigt nicht nur die komplexen Formen, die bei einer Supernova auftreten. Mit ihm lassen sich auch, so die Wissenschaftler, Zweifel aus früheren zweidimensionalen Simulationen beseitigen und noch exotischere Aspekte der Explosionen studieren.

Die beiden Astrophysiker, Michael Warren und Chris Fryer, beschäftigten sich mit einer besonders häufigen Variante der Supernovae, dem so genannten Typ II. Diese Ausbrüche entstehen, wenn ein massiver Stern am Ende seiner Karriere den gesamten nuklearen Brennstoff aufgebraucht hat und kollabiert. Sein Kern, der nur noch aus Eisen besteht, bricht dann unter dem eigenen Gewicht zusammen: In Sekundenbruchteilen schrumpft er von einem halben Erddurchmesser auf eine Größe von nur noch hundert Kilometern.

Die eigentliche Supernova-Explosion entsteht dabei durch Gasmassen, die von außen ins Zentrum des Sternes stürzen und dort erhitzt werden. Der Kern verstrahlt fast seine gesamte Energie in Form von Neutrinos, nahezu masselose subatomare Teilchen, die kaum mit Materie interagieren. Dennoch werden genügend Neutrinos abgestrahlt, um das immer wieder nachströmende Gas aufzuheizen, so dass es in großen Blasen nach außen drängt. Diese Energieströme vom stellaren Kern zur Hülle führen schließlich zu der enormen Explosion.

Die Nachbildung solcher Vorgänge bringt Menschen und Maschinen an ihre Grenzen: "Den Kollaps eines massiven Sterns zu modellieren, ist eine der größten Herausforderungen für die physikalische Computersimulation", erklärt Warren. "Dabei sind alle fundamentalen Kräfte der Natur am Werk, so dass ein kosmisches Laboratorium mit Bedingungen entsteht, die es nirgendwo sonst im Universum gibt."

Von der Simulation von Supernova-Explosionen erhoffen sich die Forscher auch neue Erkenntnisse über die Evolution des Universums. Bei den Ausbrüchen werden Elemente wie Sauerstoff und Kohlenstoff weit im All verteilt, in den heißen Trümmerwolken bilden sich zudem noch schwerere Elemente wie Kupfer und Nickel. Die stellaren Katastrophen könnten daher im Kosmos eine lebensspendende Rolle spielen: Vermutlich entstanden auch die schweren Bestandteile der Erde im Glutofen einer Supernova.



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