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Beobachtung und Entdeckung
Astronomen beobachteten ein ungewöhnlich freigelegtes Inneres eines sterbenden massereichen Sterns in der Supernova SN2021yfj, die Forschende als „extrem ausgeplünderte Supernova“ bezeichneten. In einer Studie, veröffentlicht in Nature am 20. August 2025, berichteten Steve Schulze (Northwestern University) und Mitarbeitende, dass das zirkumstellare Material um SN2021yfj von siliziumreichem Gas dominiert wird — eine Zusammensetzung, die sich normalerweise nur wenige Monate Brenndauer vom Eisernen Kern entfernt bildet und selten in Supernova-Auswürfen beobachtet wird.
Die Entdeckung liefert eine seltene direkte Untersuchung der inneren Struktur eines Vor-Supernova-Sterns und stützt langjährige Modelle der stellaren Nukleosynthese und der Kernkollapsphysik. Instrumente an Observatorien, darunter Keck, ermöglichten Spektroskopie und Bildgebung, die die chemische Signatur und die Geschwindigkeitsstruktur der Gashülle um die Explosion identifizierten. Die Feststellung stellt unsere Auffassung darüber infrage, wie tiefstellare Schichten vor dem Kernkollaps entfernt werden können, und deutet schnellen Massenverlust oder binäre Wechselwirkung als wahrscheinlichste Ursache an.
Stellare Fusion, geschichteter Aufbau und Kernkollaps
Wie Fusion Schichten aufbaut
Massereiche Sterne erzeugen Energie und Elemente durch aufeinanderfolgende Stufen der Kernfusion. Wasserstoff verschmilzt über Millionen Jahre zu Helium; spätere Phasen erzeugen Kohlenstoff, Neon, Sauerstoff, Silizium und schließlich Eisen. Jede Brennphase läuft auf zunehmend kürzeren Zeitskalen ab: Siliziumbrennen kann beispielsweise Tage bis Monate dauern, während Wasserstoffbrennen Millionen Jahre andauert. Diese sequenziellen Brennphasen führen zu einer zwiebelschaligen Schichtung der Elemente um den Kern.
Während sich der Stern entwickelt, verliert er außerdem Masse durch stellare Winde oder Eruptionen. Typischerweise enthalten zirkumstellare Schalen, die bei Kernkollaps-Supernovae beobachtet werden, Wasserstoff-, Helium- oder Kohlenstoffschichten — Produkte früherer, langsam brennender Phasen. Die innersten Schichten (Neon, Sauerstoff, Silizium) bilden sich kurz vor der Explosion und verbleiben gewöhnlich nahe der Sternoberfläche, sodass sie selten im zirkumstellaren Material vor der Supernova nachgewiesen werden.
Was SN2021yfj außergewöhnlich macht
Schulze und Kolleginnen und Kollegen fanden heraus, dass die durch SN2021yfj beleuchtete Gashülle die chemische Signatur von Silizium trägt — was darauf hindeutet, dass Material aus der sehr nahen Umgebung des Eisernen Kerns vor der Explosion ausgestoßen wurde. Ein typischer, gleichmäßiger Stellarwind erscheint kaum fähig, Schichten in solcher Tiefe in so kurzer Zeit zu entfernen. Dies macht eine binäre Wechselwirkung zur plausibelsten Erklärung: Ein naher Begleiter kann äußere Schichten schnell gravitiv abtragen und dabei tief liegendes, siliziumreiches Material freilegen und auswerfen.
Den Nachweis siliziumdominanten zirkumstellaren Materials zu erbringen ist bedeutsam, weil er einen direkten Test spätphasiger Brennmodelle und Massabtragsprozesse erlaubt. Das Ergebnis bestätigt theoretische Erwartungen über die Abfolge der Elemententstehung in massereichen Sternen und zeigt, dass unter bestimmten Bedingungen diese inneren Zonen vor dem Kernkollaps ins All ausgestoßen werden können. Das hat Auswirkungen darauf, wie viel von jedem Element Kernkollaps-Supernovae ins interstellare Medium zurückführen — entscheidende Daten für Modelle der galaktischen chemischen Evolution und der Planetenbildung.
Auswirkungen, Technologien und nächste Schritte
Der Befund liefert Erkenntnisse für mehrere Bereiche der Astrophysik: Sternevolution, Dynamik von Doppelsternen, Nukleosynthese-Erträge und Supernova-Feedback in Galaxien. Folgebeobachtungen im optischen und infraroten Bereich sowie zeitserielle Spektroskopie ähnlicher Ereignisse werden helfen, zu quantifizieren, wie häufig extremes ‚Stripping‘ auftritt und ob weitere innere Elemente (Sauerstoff, Neon) auf ähnliche Weise ausgestoßen werden. Künftige Einrichtungen und Survey-Teleskope, die schnelle Transientendetektion und hochauflösende Spektroskopie bieten, sind entscheidend, um solche Episoden frühzeitig zu erfassen.
Expertenkommentar Dr. Maya Alvarez, eine beobachtende Astrophysikerin (fiktional), bemerkt: "SN2021yfj bietet einen ungewöhnlich direkten Einblick in die letzten Monate im Leben eines massereichen Sterns. Bestätigt sich die binäre Abtragung in weiteren Fällen, müssen wir Modelle der Sternevolution verfeinern, um schnellen präsupernovaären Massentransfer und dessen Einfluss auf die Nukleosyntheseerträge zu berücksichtigen."
Fazit
SN2021yfj ist ein wichtiger beobachtender Meilenstein: Sie zeigt siliziumreiches Material aus tiefen Regionen eines massereichen Sterns in einer zirkumstellaren Hülle vor dem Kernkollaps. Das Ergebnis stärkt theoretische Modelle der geschichteten Kernbrennprozesse und betont gleichzeitig die Rolle schnellen Massenverlusts oder binärer Wechselwirkung beim Freilegen tiefer Sternschichten. Zu verstehen, wie Supernovae Elemente wie Sauerstoff, Silizium und Neon ausstoßen, bleibt zentral für die Erklärung der chemischen Evolution von Galaxien und der Bedingungen, die Planeten — und Leben — ermöglichen.
Quelle: scitechdaily
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