Perlen am Himmel

Der einzige bekannte Supernovaüberrest seiner Art in der Milchstraße weist eine unerwartet komplexe Struktur auf: Ketten aus Gasknoten, die an Perlen auf einer Schnur erinnern und jeweils groß genug sind, um unser Sonnensystem mehrfach aufzunehmen. Ein internationales Team unter der gemeinsamen Leitung von Ilaria Caiazzo, Assistenzprofessorin am Institute of Science and Technology Austria (ISTA), hat mit dem Gemini-North-Teleskop die bislang detaillierteste Aufnahme von Pa 30 erstellt. Sie enthüllt auffällige neue Merkmale eines Überrests, der mit einer historischen Supernova in Verbindung gebracht wird, die vor fast 850 Jahren beobachtet wurde. Die Ergebnisse wurden in The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Ist das ein Feuerwerk? Das Objekt wird als löwenzahnförmiger Überrest einer massiven Sternexplosion beschrieben und zeigt die Folgen dieser Explosion. Zu seinem ungewöhnlichen Charakter trägt auch ein überlebender ‚Zombiestern‘ in seinem Zentrum bei – der stellare Überrest einer unvollständigen Explosion.

Der Supernovaüberrest-Nebel Pa 30 wurde erst 2013 von einem Citizen Scientist identifiziert. Später wurde er mit einer historischen Sternexplosion in Verbindung gebracht, die im Jahr 1181 beobachtet und unabhängig voneinander in japanischen, chinesischen und arabischen historischen Quellen dokumentiert worden war. Damit konnte Pa 30 einer von nur fünf Supernovae zugeordnet werden, die vor dem Zeitalter der Teleskope aufgezeichnet wurden und deren Überreste lange Zeit nicht identifiziert waren.

Ein internationales Team von Astronom:innen unter der gemeinsamen Leitung von Tim Cunningham vom Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian und Ilaria Caiazzo, Assistenzprofessorin am Institute of Science and Technology Austria (ISTA), hat nun mithilfe des Gemini-North-Teleskops von NOIRLab die bislang detaillierteste Ansicht von Pa 30 gewonnen. Ihre Ergebnisse: Was wie glatte „Feuerwerks“-Streifen erschien, sind in Wirklichkeit Ketten von Knoten, die Perlen auf einer Schnur ähneln. Jeder einzelne ist groß genug, um die Umlaufbahn des äußersten Planeten unseres Sonnensystems, Neptun, zehnmal mit reichlich Platz dazwischen aufzunehmen.

Einzig bekanntes Beispiel in unserer Galaxie

Mit einer Entfernung von etwa 7.500 Lichtjahren ist Pa 30 nach astronomischen Maßstäben relativ nah an der Erde – deutlich näher als das Zentrum der Milchstraße, das rund 26.000 Lichtjahre entfernt ist. Auch wenn diese Distanzen sehr groß klingen, sind sie im Vergleich zu den gewaltigen Dimensionen des Universums gering.

Pa 30 ist das einzige bekannte Objekt seiner Art in der Milchstraße. Astronom:innen haben zwar einige ähnliche Objekte in anderen Galaxien identifiziert, doch Pa 30 ist das einzige, bei dem unsere Teleskope den überlebenden Überrest der unvollständigen Explosion in seinem Zentrum erkennen können – den „Zombiestern“. Diese Art unvollständiger Explosion wird als Typ-Iax-Supernova bezeichnet, eine seltene Klasse von Sternexplosionen. Forschende vermuten, dass Pa 30 durch die Kollision zweier Weißer Zwerge entstand – extrem dichter, etwa erdgroßer stellarer Überreste, die ihren Brennstoff aufgebraucht und ihre äußeren Schichten abgestoßen haben.

„Wir können aufgrund der Nähe von Pa 30 zur Erde so viele Details erkennen“, sagt Caiazzo. „Diese Nähe macht Pa 30 für die Forschung besonders wertvoll.“

Selten, aber keine Anomalie?

Laut Cunningham könnte unsere Galaxie weitere Überreste von Typ-Iax-Supernovae beherbergen, die bislang noch nicht entdeckt wurden.

„Verlässliche historische Aufzeichnungen von Sternexplosionen reichen nur etwa tausend Jahre zurück. Es könnten also in unserer eigenen Galaxie noch ähnliche Überreste im Verborgenen liegen“, sagt er. „Heute haben wir das Glück, ein faszinierendes Objekt untersuchen zu können, von dem wir wissen, dass es von Astronom:innen beobachtet wurde, die das Ereignis Jahrhunderte vor der Erfindung des Teleskops in drei unabhängigen historischen Quellen dokumentierten.“

Obwohl Typ-Iax-Supernovae selten sind, hält das Team es nicht für überraschend, dass Pa 30 als eine solche identifiziert wurde.

„Wir werden wahrscheinlich weitere ähnliche Objekte finden, wenn neue Teleskope weiterhin die Tiefen unseres Nachthimmels untersuchen“, ergänzt Cunningham, der inzwischen Assistenzprofessor an der University of Warwick im Vereinigten Königreich ist.

Wie Perlen auf einer Schnur

Das Team analysierte Emissionslinien von ionisiertem Schwefel (S II) im roten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums sowie Emissionslinien von zweifach ionisiertem Sauerstoff (O III), die in blaugrünen Farbtönen dargestellt werden. Die S-II-Beobachtungen zeigten ungefähr zehnmal so viele filamentartige Strukturen, wie auf früheren Bildern aufgelöst werden konnten. Die Daten zeigen zudem, dass die Filamente von Pa 30 aus dichten Ketten von Gasknoten bestehen, die offenbar bemerkenswert gleich groß sind.

„Der Bereich unseres Sonnensystems, in dem sich die Planeten befinden, würde mit reichlich Platz etwa zehnmal in jeden Knoten passen“, sagt Caiazzo. „Die Knoten sind auffallend gleichförmig. Wir freuen uns darauf, sie zu modellieren.“

Das Team stellte außerdem fest, dass der überlebende Zombiestern fast genau im Zentrum des Nebels zu liegen scheint. Bei vielen Supernovae verleiht eine asymmetrische Explosion einem möglicherweise überlebenden Stern einen „Kick“, der ihn vom Explosionszentrum wegbewegt.

„Bei Explosionen bleibt der Impuls erhalten. Wäre die Explosion selbst perfekt symmetrisch, müsste auch das Auswurfmaterial symmetrisch sein, und der überlebende Stern sollte keinen starken Kick erhalten“, sagt Caiazzo. „Wir konnten eine präzise Obergrenze für die transversale Kick-Geschwindigkeit des Sternüberrests bestimmen. Sie zeigt, dass diese überraschend gering war. Praktisch sehen wir überhaupt nicht, dass sich der Stern vom Zentrum wegbewegt.“

Erstklassiger Standort für astronomische Beobachtungen

Für die neuen Beobachtungen nutzte das Team das Gemini-North-Teleskop auf dem Mauna Kea in Hawaiʻi, das auf einer Höhe von mehr als 4.200 Metern liegt. Gemini North ist eine Hälfte des International Gemini Observatory; sein Zwillingsteleskop Gemini South befindet sich in Chile. Das Observatorium wird teilweise von der U.S. National Science Foundation (NSF) finanziert und von NSF NOIRLab betrieben. Die Fähigkeiten des Teleskops in Verbindung mit seinem Standort an einem der weltweit führenden Orte für astronomische Beobachtungen ermöglichten dem Team die bislang höchstaufgelösten Bilder und die detaillierteste Analyse von Pa 30.

Viele Fragen zu Pa 30 bleiben offen. Diese Beobachtungen könnten jedoch Astronom:innen helfen, ähnliche Überreste an anderer Stelle zu identifizieren.

„Die Astronomie ist in das Zeitalter von Big Data eingetreten“, sagt Cunningham. „Unsere Ergebnisse werden uns helfen, sehr große Datensätze gezielter zu durchsuchen.“

Caiazzo ergänzt: „Grundsätzlich gilt: Je weiter wir in den Weltraum blicken, desto schwieriger wird es, schwache Signale zu erfassen und zu interpretieren. Zwar können wir Typ-Iax-Supernovae in fernen Galaxien als punktförmige Lichtquellen beobachten, doch ihre Überreste lassen sich nur in unserer eigenen Galaxie und in sehr wenigen nahen Galaxien räumlich auflösen. Langfristig wollen wir die charakteristischen Eigenschaften von Pa 30 nutzen, um die Milchstraße und nahe gelegene Galaxien nach ähnlichen Objekten zu durchsuchen.“

Link zur Aussendung von NOIRLab: https://noirlab.edu/public/news/noirlab2624/

Publikation:

T. Cunningham, I. Caiazzo, J. C. Raymond, and S. J. Kenyon. 2026. Detection of knots in the supernova type Iax remnant Pa 30. The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/ae9cb2

Projektförderung:

Dieses Projekt wurde von der NASA durch das NASA Hubble Fellowship Grant HST-HF2-51527.001-A gefördert. Das Stipendium wurde vom Space Telescope Science Institute vergeben, das im Auftrag der NASA und im Rahmen des Vertrags NAS5-26555 von der Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. betrieben wird.