Wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebens explodiert, dann leuchtet er für kurze Zeit hell auf – in der Regel etwa eine Milliarde heller als die Sonne. Das ist eine Supernova. Supernovä gehören zu den hellsten kosmischen Ereignissen. Einige wenige kommen dabei auf das zehn- bis hundertfache der üblichen Leuchtkraft.

Warum solche superhellen Supernovä so extrem aufleuchten, das war in der Astrophysik bisher ein Rätsel. Nun lösten Wissenschaftler es – dabei half eine superhelle Supernova in einer Galaxie, die etwa eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt ist (ein Lichtjahr entspricht etwa 9,5 Billionen Kilometern). Forschende entdeckten sie im Dezember 2024 und untersuchten sie mit dem Las Cumbres Observatory mit Sitz in Kalifornien und dem in Chile stationierten Atlas-Teleskop. Die Studie  wurde nun in der Fachzeitschrift »Nature« veröffentlicht.

Der Grund für das ultrahelle Leuchten: Die Explosion ließ einen Magnetar zurück, einen extrem kompakten und schnell rotierenden Sternrest mit einem immens starken Magnetfeld. Während sich der Magnetar Hunderte Male pro Sekunde drehte, nahm er geladene Teilchen auf und schleuderte sie in die sich ausdehnende Gas- und Staubwolke des Sterns – und verstärkte dadurch die Leuchtkraft.

Magnetar versorgt die Supernova aus dem Inneren mit Leuchtkraft

Ein Magnetar ist eine Art Neutronenstern – der kollabierte Kern eines massereichen Sterns nach seinem Tod. »Wenn ein massereicher Stern seinen Kernbrennstoff aufgebraucht hat, kann er der erdrückenden Kraft der Schwerkraft nicht mehr widerstehen«, sagt der Astrophysiker Joseph Farah vom Las Cumbres Observatory und der University of California, der Hauptautor der Studie.

»Der Kern des Sterns wird unter dem Gewicht des gesamten Sterns über ihm zusammengedrückt, sodass Protonen und Elektronen zu Neutronen verschmelzen«, erklärt Farah. Protonen, Elektronen und Neutronen die drei grundlegenden subatomaren Teilchen, aus denen Atome bestehen.

»Wenn die Masse des Kerns zu groß ist, kollabiert er einfach und bildet ein schwarzes Loch. Aber wenn die Bedingungen stimmen, überlebt der entstehende Neutronenstern den Kernkollaps.« So verbirgt sich der Magnetar im Zentrum der Supernova und versorgt sie von innen mit seiner enormen Leuchtkraft.

Helligkeit der superleuchtenden Supernova schwankt

Die erste superhelle Supernova wurde 2006 von Andy Howell, Astrophysiker am Las Cumbres Observatory und Mitautor der neuen Studie, identifiziert. Die Hypothese, dass ein Magnetar die Energiequelle für solche Supernovä sein könnte, wurde 2010 aufgestellt.

Howell glaubt, dass die neuen Erkenntnisse diese Hypothese bestätigen. Die meisten Supernovä leuchten und verblassen in einem vorhersehbaren Verlauf. Einige superleuchtende Supernovä, wie diese, schwanken jedoch über Monate hinweg in ihrer Helligkeit. Wie bei dieser Supernova werden die Helligkeitsschwankungen mit der Zeit immer kürzer.

Die Forscher führten dies auf ein Phänomen namens Lense-Thirring-Präzession zurück, bei dem die Raum-Zeit-Struktur durch den rotierenden Magnetar verdreht wird. Nach der Detonation zog die Gravitationskraft des Magnetars etwas Sternmaterial an und bildete eine Scheibe um ihn herum. Aufgrund der Lense-Thirring-Präzession wackelt die Scheibe.

»Dies führt dazu, dass die Energieübertragung vom Magnetar auf die sich neu ausdehnende Supernova variiert«, sagt Howell. Das erkläre, warum die Helligkeit der Supernova schwankt.

Leuchtkraft der Supernova ist schwer zu ermessen

Die Forscher haben nicht genau bestimmt, wie groß der Stern vor seinem spektakulären Untergang war. »Wir wissen nicht viel über den Stern, der explodiert ist, aber es war wahrscheinlich ein sehr massereicher Stern«, sagt Farah. Er dürfte viele Dutzend Mal massereicher und hunderttausendmal leuchtkräftiger als die Sonne gewesen sein.

Die Leuchtkraft einer Supernova ist schwer zu ermessen. Aber Farah versucht, sie mit einem Vergleich zu illustrieren: »Es gibt eine große ›Was-wäre-wenn‹-Frage: Was wäre heller, die Sonne, die 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt zur Supernova wird – oder eine Wasserstoffbombe, die auf Ihrem Augapfel detoniert? Die Antwort lautet: die Supernova, um neun Größenordnungen.«

Und das wäre nur eine normale Supernova. Eine superhelle Supernova würde diese Leuchtkraft um das Zehn- bis Hundertfache übertreffen, wenn nicht um mehr. »In absoluten Zahlen hatte unsere Supernova eine Helligkeit, die heller war als die gesamte Milchstraße zusammen«, sagt Farah.