Supernova enthüllt das Herz eines exotischen Sterns

Spektrum der Wissenschaft

30.8.2025

Eine seltsame Sternexplosion bestätigt eine jahrzehntealte Theorie über die Herkunft der Elemente. Gleichzeitig jedoch gibt sie neue grundlegende Rätsel über Supernovae auf.

Bevor ein Riesenstern in einer Supernova explodiert, produziert er noch jene Elemente, aus denen die Erde und ihre kuriosen Bewohner bestehen: Stoffe wie Kohlenstoff, Schwefel, Sauerstoff, Silizium oder Eisen. Die entstehen jedoch nicht zufällig irgendwo, sondern in wohlgeordneten, ineinander gestapelten Kugelschalen aus unterschiedlichen, nach innen hin immer schwereren Elementen. Eine seltene Sternexplosion mit der Bezeichnung SN 2021yfj hat nun erstmals die innerste, bisher nur theoretisch vorhergesagte Kugelschale enthüllt – und gleichzeitig neue Rätsel aufgeworfen. Wie ein Team um Steve Schulze von der Northwestern University in Evanston in der Fachzeitschrift «Nature» berichtet, hatte ein Riesenstern die innerste Schicht aus Silizium und Schwefel als zusammenhängende Gashülle in den Weltraum geblasen. Bei der anschliessenden Supernova liess sich anhand spektroskopischer Messungen diese Schale von der Explosion selbst unterscheiden. Die Analyse bestätigt einerseits das Schalenmodell von der Entwicklung der Riesensterne, stellt es andererseits aber auch in Frage. Denn wie der Stern sein Innerstes freilegte, ist völlig rätselhaft.

Seit einigen Jahrzehnten verstehen Fachleute recht gut, was passiert, wenn sich ein Riesenstern ab etwa 40 Sonnenmassen dem explosiven Ende seiner Existenz nähert. Wenn nahezu der gesamte Wasserstoff zu Helium verbrannt ist, schrumpft der Kern des Sterns und wird heisser und dichter, bis Helium fusionieren kann. Damit dessen Produkte Sauerstoff und Kohlenstoff wiederum verschmelzen, müssen die Bedingungen noch extremer werden. Bei immer höheren Temperaturen und Drücken entstehen nach und nach Neon, Magnesium, Silizium, Schwefel und schliesslich Eisen, Endstation der stellaren Fusion. Wird dieser Eisenkern zu gross, kollabiert er zu einem Neutronenstern oder Schwarzen Loch und verursacht eine gigantische Explosion.

Der Vorläuferstern der Supernova 2021yfj war ausserdem ein Wolf-Rayet-Stern, eine sehr seltene Klasse von Riesensternen, die vor der Explosion ausserordentlich viel Masse ausstossen. Sie enthüllen dabei ihr Inneres, sodass man bei ihnen schon die Schale aus Sauerstoff und Kohlenstoff nachweisen konnte. Doch damit ein Riesenstern auch seine Schwefel-Silizium-Schale ausstösst, sind gigantische Kataklysmen nötig. Das Team um Schulze berechnete, dass der Vorgängerstern von 2021yfj in einer einzelnen Episode etwa das Dreifache der Sonnenmasse ausgestossen haben muss, um die beobachtete Gashülle zu erklären. Es gibt derzeit keinen Mechanismus, der das verursachen könnte. Ein weiterer Befund vertieft das Mysterium um die exotische Supernova 2021yfj sogar noch. Zwischen Silizium und Schwefel wies das Team um Schulze kleine Mengen Helium nach – doch das sollte so tief im Stern unter keinen Umständen existieren können. Während der Nachweis der Schwefel-Silizium-Schale also das jahrzehntealte Modell vom Vorspiel zur Supernova stützt, zeigt die Studie gleichzeitig auch, wie viele Rätsel diese ganz «gewöhnlichen» Supernovae noch aufgeben.

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