Sternexplosion in einer "explodierenden" Galaxie
Entdeckung der Radio-Supernova SN 2008iz in der nahen Starburst-Galaxie M82
Die Galaxie M82 gehört zum Typ der irregulären Galaxien und befindet sich in einer nahegelegenen Galaxiengruppe in einer Entfernung von 12 Millionen Lichtjahren in Richtung des Sternbilds "Großer Bär" (Ursa Major). Sie ist ein gutes Stück kleiner und masseärmer als die Milchstraße, zeigt aber einen äußerst heftigen Sternentstehungsausbruch oder "Starburst" von nur einigen Hundert Lichtjahren Ausdehnung in ihrem Zentralbereich. In dieser zentralen Sternfabrik werden zur Zeit mehr Sterne neu geboren als in unserer gesamten Milchstraße! M82 wird daher auch oft als "explodierende" Galaxie bezeichnet; in optischen und Infrarotaufnahmen dieser Galaxie entsteht tatsächlich der Eindruck, als ob sie komplett auseinandergerissen wird (Abb. 1). Dieses Erscheinungsbild ist das Resultat zahlreicher Supernova-Explosionen im Kernbereich der Galaxie. Eine große Anzahl früherer Supernova-Ereignisse ist nach wie vor in Radiobildern des Zentralbereichs von M82 sichtbar und eine neue Supernova-Explosion war längst überfällig. Ein Vierteljahrhundert haben die Astronomen inzwischen versucht, solch eine kosmische Katastrophe live zu beobachten und wunderten sich bereits, warum die Galaxie in den letzten Jahren so ruhig war.
Die neue Entdeckung erfolgte im April 2009, als Dr. Andreas Brunthaler vom MPIfR in Bonn Daten untersuchte, die erst unmittelbar zuvor (am 8. April) mit dem Very Large Array (VLA) in New Mexico/USA aufgenommen worden waren. Das VLA ist ein Radiointerferometer zusammengesetzt aus 27 Einzelteleskopen von je 25 m Durchmesser. "Ich habe danach sofort die älteren Daten überprüft, die wir vom März und Mai vorigen Jahres hatten, und da war die Supernova auch, sogar heller als der ganze Rest der Galaxie", stellt Andreas Brunthaler fest (Abb. 1, oben links). Radiodaten von M82, die vor dem Jahr 2008 aufgenommen wurden, zeigen keine Auffälligkeiten an der Position der Supernova.
Allerdings zeigen auch Beobachtungen von M82, die im Jahr 2008 mit optischen Teleskopen speziell zu dem Zweck durchgeführt wurden, neue Supernovae aufzufinden, keinerlei Anzeichen dieser Sternexplosion. Die Supernova bleibt ebenso auf Bildern in Ultraviolett- oder Röntgenwellenlängen unsichtbar. Die Supernova ist nahe am Zentrum der Galaxie in einer sehr dichten interstellaren Umgebung explodiert. Dies kann auch das Rätsel der langen Ruhe in M82 erklären: viele dieser Explosionen sind wie "unterirdische Explosionen", bei denen der helle Lichtblitz durch riesige Gas- und Staubwolken verdeckt wird, die nur von Radiowellen durchdrungen werden können. "Diese kosmische Katastrophe zeigt uns, dass wir mit unseren Radioteleskopen einen Logenplatz haben, von dem aus wir einen ansonsten unsichtbaren Teil des Universums beobachten können", sagt Prof. Heino Falcke von der Radboud Universität/Nijmegen & ASTRON. Ohne die Verschleierung hätte man die Explosion auch in einem mittleren Amateurteleskop sehen können.
Radiostrahlung sieht man nur bei sog. "core collapse" Supernovae, bei denen der Kern eines massiven Sternes kollabiert und dabei ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern entsteht. Sie wird sichtbar, wenn die Stoßwelle von der eigentlichen Explosion sich in dichteres Material in der Umgebung des Sterns ausbreitet. Das ist normalerweise Material, das von dem massereichen Vorläuferstern der Supernova stammt und bereits vor der Explosion in Form eines intensiven Sternwinds in die Umgebung des Sterns abgeblasen wurde.
Die zehn Radioteleskope des VLBA-Netzwerks, das VLA und das Green Bank Teleskop (alle USA) sowie das 100-m-Radioteleskop Effelsberg wurden in der Technik der Interferometrie mit großen Basislinien ("Very Long Baseline Interferometry", VLBI) zu einem virtuellen Riesenteleskop zusammengeschaltet. Damit konnte das Forschungsteam Bilder erzeugen, die eine ringförmige Struktur zeigen, die sich mit mehr als 40 Millionen Stundenkilometern ausbreitet. Das entspricht 4% der Lichtgeschwindigkeit und ist typisch für die Expansion von Supernovae. "Durch die Rückrechnung dieser Expansion können wir den Zeitpunkt der eigentlichen Supernova-Explosion bestimmen," erklärt Dr. Andreas Brunthaler. "Unsere Daten zeigen, dass der Stern wohl Ende Januar oder Anfang Februar 2008 explodiert sein muss."
Nur drei Monate nach der Explosion war der Ring bereits 650 mal größer als die Erdbahn um die Sonne. Es erfordert trotzdem den extrem scharfen Blick des weltweiten VLBI-Netzwerks, eine solche Struktur aufzulösen, die lediglich so groß erscheint wie eine 1-Euro-Münze aus einer Entfernung von 13,000 km.
Das asymmetrische Aussehen der Supernova auf den VLBI-Bildern deutet darauf hin, dass entweder die Explosion selbst sehr asymmetrisch erfolgte, oder aber, dass das Material in der direkten Umgebung sehr ungleichmäßig verteilt sein muss. "Mit dem superscharfen Blick des VLBI-Netzwerks können wir die Expansion der Supernova in das dichte Material der Umgebung über die kommenden Jahre verfolgen," sagt Prof. Karl Menten, Direktor am MPIfR. "Dadurch gewinnen wir neue Erkenntnisse über beides, die Explosion selbst und das Material, in die sie sich ausbreitet."
Mit der nächsten Generation von Radioteleskopen dürften Entdeckungen wie die neue Supernova in M82 zur Routine werden. Instrumente wie LOFAR, das "Low Frequency Array", das zur Zeit in Europa aufgebaut wird, das "Allen Telescope Array" (ATA) in den USA und vor allem das geplanten "Square Kilometer Array" (SKA), dem großen Radioteleskop der nächsten Generation werden dazu in der Lage sein, große Bereiche des Himmels systematisch und durchgehend zu beobachten,
Das Forschungsteam umfasst Andreas Brunthaler, Karl M. Menten und Christian Henkel, alle vom MPIfR in Bonn, Mark J. Reid vom CfA (Cambridge, USA), Geoffrey C. Bower von der Berkeley-Universität in Kalifornien, und Heino Falcke von der Universität Nijmegen und ASTRON (Niederlande).
