Die Explosionen sterbender Sterne, bekannt als Supernovas, gehören zu den stärksten Ereignissen in unserem gesamten Universum und setzen mehr Energie frei als die Sonne in ihrer gesamten 10-Milliarden-Jahre-Lebenszeit. (Die Sonne ist auch kein kleiner Spieler – sie produziert alle 10 Sekunden die Energie von fast einer Billion 1-Megatonnen-Bomben.)
Die schiere Kraft einer Supernova-Explosion reicht aus, um Trümmer mit Geschwindigkeiten von etwa 20 Millionen Meilen pro Stunde herauszuschleudern und Schockwellen zu erzeugen – Druckwellenfronten, die sich schneller als die Schallgeschwindigkeit bewegen, wenn sie mit dem umgebenden Gas und Staub zusammenstoßen. Während die Schockwellen nach außen in den Weltraum strahlen, heizen sie dieses Material dramatisch auf Temperaturen von mehreren zehn Millionen Grad auf, was den Supernova-Überrest im Röntgenlicht zum Leuchten bringt.
Solche immensen, schnellen Kräfte mögen völlig unaufhaltsam erscheinen, aber im Fall eines Supernova-Überrests in unserer Galaxie, G21.5-0.9, zeigen Bilder des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA, dass eine mysteriöse Präsenz in der Lage war, G21.5-0.9 zu stoppen.
Supernova-Überrest G21.5-0.9
(Credit: NASA/CXC/U.Manitoba/H.Matheson & S.Safi-Harb)
Der größte Teil der Hülle des Supernova-Überrests in diesem Bild von G21.5-0.9 sieht intakt und kugelförmig aus, genau wie man es von einer perfekten, symmetrischen Explosion in einem perfekten Vakuum erwarten würde. Diese schwach glühende Hülle markiert die Front der Supernova-Schockwelle, die sich schnell nach außen ausbreitet. Allerdings ist die Oberseite der Schale von G21.5-0.9 hier gestört und abgeflacht, wodurch der ansonsten saubere Kreis in ein Durcheinander von Filamenten zerfällt. Es ist fast so, als hätte eine kosmische Faust auf den Supernova-Überrest eingeschlagen und den Vorstoß der Schockwelle im Norden gestoppt.
Was könnte wohl so unbeweglich gegen diese mächtigen Schockwellen sein? Als ich 2018 an das Zentrum für Astrophysik kam, um unter der Leitung von Dr. Pat Slane an G21.5-0.9 zu forschen, hatten wir bereits den Verdacht, dass die Antwort mit Variationen im losen Gas und Staub außerhalb des Supernova-Überrests, dem sogenannten interstellaren Medium, zusammenhängen könnte.
Um dieser Vermutung nachzugehen, führten wir Computersimulationen durch, bei denen wir die ursprüngliche Explosion von G21.5-0.9 beobachten und die von ihr erzeugten Schockwellen über die Zeit verfolgen konnten. Wenn wir das interstellare Medium in der Simulation auf eine konstante Dichte setzten, so dass wir eine gleichmäßige Verteilung von Gas und Staub erhielten (wie wir sie normalerweise im Weltraum erwarten), schienen sich die Schockwellen tatsächlich in einem perfekten Kreis um das Zentrum der Supernova auszudehnen.
Wenn wir jedoch die Dichten des interstellaren Mediums veränderten, stellten wir fest, dass die Simulationen die Form des Supernova-Überrests entsprechend anpassten. Wenn wir eine Region mit hoher Dichte über der Supernova einrichteten, würden die abstrahlenden Schockwellen auf diese Region treffen und durch die dicke Ansammlung von Gas und Staub abgebremst werden. Dies würde die Spitze des ansonsten perfekten Kreises, der durch die Hülle des Supernova-Überrests gebildet wird, abflachen, so wie wir es in G21.5-0.9 sehen.
Nach vielen Simulationsläufen, in denen wir die Besonderheiten dieser Region mit hoher Dichte angepasst haben, fanden wir heraus, dass die Einstellung ihrer Dichte auf das 20-fache(!) der Dichte des umgebenden interstellaren Mediums ist, und dass ihre Position 6 Lichtjahre nördlich des Supernova-Zentrums zu einem Supernova-Überrest führt, der fast exakt die Form von G21.5-0.9 hat.
Auch wenn wir herausgefunden haben, wie G21.5-0.9 seine Form erhalten hat, wissen wir immer noch nicht, welche spezifische Kombination von Gas und Staub (Wasserstoff? Graphit? Irgendetwas anderes?) eine derartig hochdichte Region im interstellaren Medium geschaffen hat, oder warum dieses Gas und der Staub überhaupt so dicht zusammenklumpen würde.
Zum Glück für uns haben in den letzten Jahren neben Chandra mehrere andere Teleskope auf G21.5-0.9 gezeigt, darunter Hitomi, NuSTAR, Swift, XMM-Newton und INTEGRAL. Bei so vielen Missionen, die noch mehr Daten über diesen eigenartig geformten Supernova-Überrest sammeln wollen, sind die Antworten auf diese Fragen hoffentlich nicht mehr weit entfernt.
Die Ergebnisse in diesem Artikel sind in einer kommenden Arbeit über G21.5-0.9 von Erstautor Soichiro Hattori von der NYU Abu Dhabi enthalten. Diese Arbeit wird bald bei The Astrophysical Journal eingereicht.
-Emily Zhang