Mechanismus einer Typ-Ia-Explosion

Sternengeschichten Folge 688: Keplers Supernova

"Also hat sich auch in jetz ablauffendem 1604. Jahr den 9 oder 10 Octobris abermahl ein sehr grosser heller zwintzerender stern in der constellatione Serpentarij erstmahlen entzündet vnd ist den 17. 18. 21. 28. Octobris observando so viel befunden worden das er kheinen lauff nit habe ausserhalb des täglichen Auff vnd Nidergangs."

Das schreibt, im ungewohnten Deutsch des frühen 17. Jahrhunderts, der berühmte Astronom Johannes Kepler in seinem Text "Gründtlicher Bericht Von einem ungewohnlichen Newen Stern, wellicher im October ditz 1604. Jahrs erstmahlen erschienen". Kepler hat diesen "neuen Stern" erstmals am 17. Oktober beobachtet und kurz danach den Text verfasst, aus dem ich zu Beginn zitiert habe. Es war aber nicht Kepler, der das Phänonem entdeckt hat. Vermutlich war es der italienische Astronom und Franziskanermönch Illario Altobelli, der am 9. Oktober 1604 als erster bemerkt hat, dass am Himmel plötzlich ein neuer Stern aufgetaucht ist; im Sternbild des Schlangenträgers. Am 10. Oktober wurde auch andere darauf aufmerksam, darunter auch der deutsche Astronom Simon Marius. Es waren aber nicht nur die Menschen in Europa, die den neuen Stern am Himmel bemerkt haben. Auch in China und Korea hat man zur selben Zeit die selben Beobachtungen gemacht.

Am Anfang war der neue Stern ungefähr so hell wie der Mars. Dann wurde dass Licht sogar noch heller; heller als der Jupiter, der immerhin nach Mond und Venus das hellste Objekt an unserem Nachthimmel ist. Aber im Gegensatz zu den Planeten hat sich der neue Stern nicht über den Himmel bewegt. Das ist es, was Kepler gemeint hat, als er geschrieben hat "das er kheinen lauff nit habe ausserhalb des täglichen Auff vnd Nidergangs." Der neue Stern geht auf und unter wie die anderen Sterne, aber darüber hinaus bewegt er sich nicht. Aber ab November ging das seltsame helle Objekt nicht mehr auf; erst im Januar 1605 war es wieder am Nachthimmel zu sehen und da immer noch so hell wie hellsten Sterne. Erst fast ein Jahr nach seinem Erscheinen, im Oktober 1605, war der neue Stern verblasst.

Sterne, die plötzlich am Himmel auftauchen und dann wieder verschwinden gehörten nicht zum damaligen Weltbild. Sie waren aber auch nicht völlig unbekannt. Im Jahr 1572 hatte man so etwas schon mal beobachtet und ich habe davon ein bisschen mehr in Folge 167 der Sternengeschichten erzählt. Es gab darüber damals schon große Diskussionen und die wurden jetzt wieder aufgenommen. Denn im 16. und auch im frühen 17. Jahrhundert ging man im wesentlichen immer noch davon aus, dass der Himmel sich so verhält wie es Aristoteles in der griechischen Antike behauptet hat. Vereinfacht gesagt: Die Erde ist die Erde, aber der Himmel ist völlig anders. Der Himmel ist perfekt und göttlich und weil er perfekt ist, verändert sich dort auch nichts. Und auch die Gesetze, nach denen sich die Objekte am Himmel bewegen sind andere, als die, die auf der Erde gelten. Ein neuer Stern, der am Himmel auftaucht, hat dieses Weltbild in Frage gestellt. Manche haben probiert, die Lage zu retten, in dem sie behauptet haben, diese seltsamen Lichter am Himmel hätten gar nichts mit Sternen zu tun. Sondern sind nur ein Art von Leuchterscheinung in der Atmosphäre der Erde oder vielleicht auch ein wenig darüber. Aber auf jeden Fall sind sie uns näher als der Mond, denn das war mehr oder weniger die Grenze, wo man sich damals den Beginn dieser perfekten, himmlischen Sphären gedacht hat.

Es gab da nur ein Problem: Wenn uns diese Lichter wirklich näher sind als der Mond, dann müsste man eine Parallaxe beobachten. Auch davon habe ich schon oft erzählt: Wenn man ein entferntes Objekt von zwei verschiedenen Orten und damit aus zwei verschiedenen Blickwinkeln beobachtet, dann sieht man es jeweils vor einem leicht verschobenen Hintergrund. In der Astronomie bedeutet das: Die Position des Objekts in Bezug auf die fernen Sternen verändert sich scheinbar, wenn man die Beobachtungsposition verändert. Dieser Effekt heißt Parallaxe und er ist um so größer, je näher das Objekt ist. Sowohl beim neuen Stern aus dem Jahr 1572 als auch beim neuen Stern, den Kepler 1604 beschrieben hat, war aber keine Parallaxe zu beobachten. Das bedeutet: Es muss sich um ein weit entferntes Objekt handeln, weiter entfernt als der Mond. Und damit war das Dogma des Unveränderlichen Himmels von Aristoteles in Frage gestellt. Das war auch die Schlussfolgerung, die Galileo Galilei aus seinen Beobachtungen im Jahr 1604 gezogen hat. Er ging aber sogar noch einen Schritt weiter. Seiner Meinung nach könnte es sich beim neuen Stern nicht um einen Stern handeln, sondern um eine große Menge an luftigem Material, das von der Erde aus aufgestiegen ist und jetzt von der Sonne beleuchtet wird. Und es ist nicht nur ein bisschen aufgestiegen, sondern weit über die Distanz des Mondes hinaus. Das klingt jetzt aus heutiger Sicht zwar komisch, aber auch nicht sonderlich schlimm. Aus damaliger Sicht war es das aber. Ludovico delle Colombe, ein Philosoph aus Florenz und einer der größten Gegner von Galileo Galilei hat sich darüber so richtig aufgeregt. Nicht nur habe Galilei behauptet, der unveränderliche göttliche Himmel können sich verändern, was ja schon schlimm genug wäre. Er hat noch dazu behauptet, dass diese Veränderung von der Erde ausgegangen ist. Oder anders gesagt: Die unreinen Elemente der Erde haben das himmlische Material des Äthers im Weltraum verunreinigt! Die irdische Welt und die des Himmels vermischen sich quasi und das war ein Gedanke, der vielen unvorstellbar war. Delle Colombe hatte aber auch keine wirklich gute Alternative um das Phänomen des neuen Sterns zu erklären. Er hat einfach behauptet, dass es sich gar nicht um einen neuen Stern handelt, sondern um einen der eh schon immer da war, nur eben nicht immer sichtbar.

Der Streit zwischen Galilei und der Kirche ging dann ja noch ein bisschen weiter, wie wir wissen - aber das ist wieder eine andere Geschichten. Johannes Kepler jedenfalls hat weitere Beobachtungen des neuen Sterns angestellt, andere Beobachtungen gesammelt und 1606 sein umfassendes Werk "De Stella Nova in Pede Serpentarii" beziehungsweise "Der Neue Stern im Fuß des Schlangenträgers" veröffentlicht. Und am Ende konnte er klar zeigen: Es gibt keine Parallaxe und das Objekt muss sich weit entfernt von uns befinden. Die genaue Natur konnte aber auch er nicht herausfinden.

Dafür haben wir über 300 Jahre warten müssen. In den folgenden Jahrhunderten hat man zwar immer besser gelernt, den Himmel zu beobachten, aber erst als wir in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts auch verstanden haben, wie Sterne eigentlich funktionieren, konnte das Rätsel gelöst werden. Diese Entwicklung zu erzählen wäre wieder ein Thema für eine eigene Folge - aber wir wissen heute, dass der Himmel nicht unveränderlich ist. Sterne leben nicht ewig und wenn sie ihr Leben beenden, dann ist das sehr oft sehr dramatisch. Manche explodieren auf gewaltige Art und Weise und werden dabei für kurze Zeit extrem hell. Solche Ereignisse nennt man "Supernova" und genau so etwas haben Kepler und seine Kollegen im Jahr 1604 beobachtet. Es gibt verschiedene Arten, wie ein Stern explodieren kann und sie laufen alle auf unterschiedliche Weise ab. Aber weil Kepler damals so genaue Aufzeichnungen angefertigt hat, können wir heute damit sogar sagen, dass es im Jahr 1604 eine Supernova vom Typ Ia gewesen sein muss. Ganz kurz gesagt läuft das so: In einem Doppelsternsystem sind zwei Sterne einander sehr nahe. Der eine beendet sein Leben etwas früher als der andere; wenn er den Wasserstoff in seinem Kern durch Kernfusion verbraucht hat und andere atomare Reaktionen ablaufen, wird er heißer, bläht sich zu einem roten Riesen auf, stößt seine äußeren Schichten ab und endet als weißer Zwerg. Etwas später durchläuft der zweite Stern denselben Prozess, aber weil sie sich eben so nahe sind, kann das Material, dass er beim Aufblähen abstößt auf den weißen Zwerg fallen. Dort gibt es dann plötzlich wieder genug Brennstoff, die Kernfusion setzt erneut ein und das auf explosive Art und Weise. Der weiße Zwerg wird zerstört und leuchtet dabei extrem hell auf. Die Änderung der Helligkeit - das Aufleuchten und das Abklingen des Lichts - verläuft dabei auf ganz charakteristische Weise und die stimmt mit den Daten von Kepler überein.

Es war also kein neuer Stern, den man damals beobachtet hat. Kein Stern ist plötzlich aufgetaucht; im Gegenteil: Ein Stern ist für immer aus dem Universum verschwunden. Nur hat er das mit einem ordentlichen Lichteffekt gemacht und ist dabei so hell geworden, dass er trotz seiner großen Distanz sichtbar wurde. Denn wir wissen heute auch, wie weit entfernt sich das alles abgespielt hat. Keplers Daten haben da ein weiters Mal geholfen. Mit seinen Positionsaufzeichnungen und dem großen Teleskop der Mount Wilson Sternwarte in den USA konnte der deutsche Astronom Walter Baade im Jahr 1941 zeigen, dass sich dort, wo damals der Stern aufgetaucht ist, ein nebelartiges Gebilde befindet. Heute sehen wir das alles natürlich noch besser und können die bei der Supernova durchs Weltall geschleuderten Gasmassen im Detail beobachten. Wir wissen daher auch, dass der Stern in circa 20.000 Lichtjahren Entfernung explodiert ist.

Johannes Kepler hat die Supernova aus dem Jahr 1604 nicht entdeckt; er hat auch nicht verstanden, was da genau passiert. Das konnte er mit dem Wissen und den Mitteln der damaligen Zeit natürlich auch nicht. Aber er hat trotzdem alles so genau aufgezeichnet, dass wir später die Möglichkeit hatten, das Rätsel zu lösen. Deswegen ist auch durchaus gerechtfertig, dass diese Supernova heute nicht nur die offizielle Bezeichnung SN 1604 trägt, sondern auch als Keplers Supernova bezeichnet wird. Es wäre natürlich toll gewesen, wenn wir schon damals mit unseren Teleskopen genau dabei zusehen hätten können, wie da ein Stern in unserer eigenen Milchstraße explodiert. Aber das Teleskop ist erst 5 Jahre später, im Jahr 1609 erfunden worden. Wir haben im Laufe der Zeit Supernova-Explosionen überall im Universum gesehen. In der großen Magellanschen Wolke, der Andromedagalaxie und allen möglichen anderen weit entfernten Galaxien. Im Jahr 2004 hat man das 400jährige Jubiläum von Keplers Supernova gefeiert - und das hat man in der Astronomie durchaus, denn es war ein wirklich wichtiges Ereignis. Was man damals aber nicht feiern konnte war die Beobachtung einer weiteren Supernova in unserer eigenen Milchstraße. Wir wissen, was da passiert und wir haben die Mittel, alles genau zu beobachten. Wir könnten so enorm viel von einer Supernova in relativer Nähe lernen. Aber über die Jahrhunderte ist leider kein weiterer Stern explodiert. Vielleicht klappt es ja bis zum 500. Geburtstag im Jahr 2104.