Ein großer Star nähert sich dem spektakulären Moment seines Todes. Der Brennstoff für eine thermonukleare Reaktion in seinen Eingeweiden geht zur Neige und es beginnt unter seinem eigenen Gewicht zu kollabieren. Der Druck baut sich schnell und erschreckend auf und stimuliert eine weitere Fusionsreaktion – diesmal eine kurzlebige, die in einer Explosion enden wird, aber nichts passiert.
Visualisierung von Supercomputer-Berechnungen einer schnell rotierenden Supernova im Moment kurz vor der Explosion. Das NuSTAR-Teleskop beobachtet nicht die Explosionen selbst, sondern ihre Ergebnisse, aber nicht auf dem Bildschirm, sondern in der Realität - und ermöglicht es Ihnen, das fehlende Glied in solchen Modellen zu finden
Ungefähr solche Ergebnisse der Modellierung von Supernovae erh alten Wissenschaftler Jahr für Jahr, indem sie den Prozess auf Supercomputern simulieren. Unser Wissen über den Mechanismus dieser mächtigen Explosionen wächst und die Rechenleistung nimmt ebenfalls zu, aber seit mehr als einem Jahrzehnt ist das Ergebnis dasselbe: Es kommt keine Supernova-Explosion heraus. Die Zentripetalkräfte der Schwerkraft besiegen einfach die Zentrifugalkräfte einer thermonuklearen Explosion, und der Stern bricht leise und lautlos zusammen. Aber am Himmel haben wir hunderte Male genau das Gegenteil gesehen!
Anscheinend missverstehen wir bei Supernovae etwas. „Tatsächlich sind wir noch weit davon entfernt, vollständig zu verstehen, wie ein massereicher Stern zur Supernova wird“, sagt die Astrophysikerin Fiona Harrison. Es muss etwas geben, das der Strahlung hilft – und die Schwerkraft stört – etwas, das schließlich zu einer kolossalen Explosion führt, uns aber noch unbekannt ist. Um einen Verdächtigen zu finden, versucht man am besten, den gesamten Vorgang einer Supernova-Explosion so detailliert wie möglich zu beobachten, und diese Aufgabe ist alles andere als einfach.
Das neue Array von NuSTAR-Teleskopen, das von einem großen Team von Wissenschaftlern, darunter Fiona Garrison, entwickelt wird, sollte helfen. Es ist geplant, dass die Pegasus-Rakete es 2011 in die Umlaufbahn bringen wird. Es wird ein Instrument sein, das in der Lage ist, die Eigenschaften schneller, hochenergetischer Röntgenphotonen zu erfassen und zu bewerten, die von allen möglichen "kosmischen Extremen" wie Schwarzen Löchern, Blazaren und denselben Supernovae stammen. NuSTAR wird das erste Instrument sein, das in der Lage ist, seine Strahlen zu fokussieren und die 100-fache Auflösung bestehender Röntgenteleskope zu erreichen. Er wird es Wissenschaftlern ermöglichen, zu untersuchen, was während Supernova-Explosionen passiert - und unmittelbar nach solchen Katastrophen.
Tatsächlich sind die Chancen, die Explosion selbst zu beobachten, so sehr, dass sie zufällig nah genug passiert, nicht sehr hoch. Und Wissenschaftler verlassen sich mehr auf die Untersuchung der Wolke aus Materie- und Strahlungsresten, ihrer Zusammensetzung und anderer Merkmale, die Aufschluss über die Eigenschaften der Explosion selbst geben können.
Ein Element von besonderem Interesse in diesem Sinne ist Titan-44. Damit es während der thermonuklearen Fusion gebildet wird, sind eine bestimmte Kombination von Ausgangselementen, ein bestimmtes Energieniveau, ein bestimmter Druck usw. erforderlich. Berechnungen zufolge liegen diese Bedingungen nur in einer bestimmten Tiefe des kollabierenden Sterns vor. Und diese Tiefe ist sehr wichtig: Alles darunter kollabiert nach innen und bildet schließlich ein Schwarzes Loch. Und alles darüber wird durch die Explosion weggeschleudert.
Daher kann Titan-44 als wichtiger Marker für alles angesehen werden, was innerhalb einer Supernova passiert. Die Verteilung dieses Elements in der Materiewolke, die nach der Explosion zurückbleibt, wird viel darüber aussagen, was in der kritischen Tiefe während der Explosion selbst passiert. Das bedeutet, dass wir das fehlende Glied finden werden, das benötigt wird, um ein vollständiges Modell dieses Prozesses zu erstellen.
Allerdings gibt es auch heute noch einige Vermutungen darüber. Einige Wissenschaftler glauben, dass bestehende Modelle zu symmetrisch sind. Selbst die leistungsstärksten Supercomputer können den Vorgang heute nur in einem eindimensionalen Schnitt berechnen. Es wird angenommen, dass sich der Rest der Supernova ähnlich verhält – also mit voller Radialsymmetrie nach Art einer geometrischen Kugel. Vielleicht ist das der Fehler.
Der reale Prozess kann sehr asymmetrisch sein, und obwohl Zentripetalkräfte in einigen Teilen der expandierenden Sphäre die Zentrifugalkräfte „schlagen“, geschieht in anderen das Gegenteil. Tatsächlich erlauben uns neuere vereinfachte Berechnungen in 2 Dimensionen zu sagen, dass es die Asymmetrie ist, die das Rätsel der „nicht explodierenden Supernovae“lösen kann. Nun, das NuSTAR-Teleskop wird einfach unverzichtbar sein, um das herauszufinden. Er wird zeigen können, wie symmetrisch die Verteilung von Titan-44 in der durch die Explosion aufgewirbelten Materiewolke ist, was als hervorragende Bestätigung der Asymmetrie dieses Prozesses dienen wird.
Titan-44 selbst ist radioaktiv und zerfällt, wobei es Gammastrahlen mit einer Energie von 68 keV aussendet. Bestehende Teleskope sind nicht in der Lage, bei solchen Wellenlängen zu arbeiten. Sogar ein so "fortschrittliches" Röntgengerät wie Chandra ist in der Lage, Teilchen mit Energien von nicht mehr als 15 keV zu fokussieren. Ganz zu schweigen von optischen Teleskopen, die Röntgenstrahlen kaum brechen.
Deshalb verwenden Röntgenteleskope keine Glaslinsen. Die gleiche Rolle – die Bündelung der Strahlen – übernimmt eine Anordnung dünnwandiger, sich verjüngender Zylinderspiegel aus Metall, die mit kleinen Zwischenräumen ineinander verschachtelt sind. Beim Eintritt in dieses Labyrinth werden Röntgenstrahlen in die Fokusebene geschickt - ohne Linsen. Der Effekt ist derselbe, aber hier kommt es nicht auf die Brechung der Strahlen an, sondern auf deren Reflexion. Mehr zum Aufbau solcher Tools lesen Sie am besten in unserem beliebten Artikel „Das unsichtbare Universum“. Und wir werden zu unserem NuSTAR zurückkehren. Seine reflektierende „Optik“wird mit einer speziellen dünnen Schicht überzogen, sogar mit einer Genauigkeit von fast einem einzelnen Atom, und in der Lage sein, Teilchen mit Energien bis zu 79 keV zu reflektieren. Es hat Jahre gedauert, um die dafür notwendigen Technologien und die Oberfläche selbst zur gewünschten Perfektion zu bringen.
Aber jetzt rückt der lang ersehnte Moment näher, in dem das Teleskop in den Orbit geschickt wird und seine Arbeit aufnehmen wird. Es ist zu erwarten, dass es viele Ergebnisse bringen wird - und die Lösung des Rätsels der "nicht explodierenden Supernovae" wird nur eines davon sein.
