Suche nach dem Vorgänger der Supernova SN2014J in Archivbeobachtungen des Tautenburger Schmidt-Teleskops

Supernovae gehören zu den leuchtstärksten Veränderlichen im optischen Spektralbereich. Supernovae vom Typ Ia sind außerordentlich wichtige Hilfsmittel für die Vermessung kosmologischer Entfernungen und für die Untersuchung des Expansionsverhaltens des Universums. Insbesondere haben solche Messungen zur Entdeckung der noch unbestimmten, rätselhaften Dunklen Energie geführt. In einer großen Galaxie, wie zum Beispiel in unserem Milchstraßensystem mit seinen 200 Milliarden Sternen, ereignet sich eine solche Supernovaexplosion im Mittel nur etwa einmal pro Jahrhundert. Obwohl entfernte Supernovae seit einigen Jahren gezielt gesucht und routinemäßig entdeckt werden (siehe z. B. Supernova_Cosmology_Project), sind solche Ereignisse in Galaxien unserer näheren kosmischen Umgebung, also sozusagen vor unserer Haustür, extrem selten. Gerade diese wären aber sehr hilfreich, um unser Verständnis für dieses Phänomen zu vertiefen.

Am Abend des 21. Januar 2014 wurde an der Sternwarte der University of London im Rahmen eines studentischen Praktikums zufällig eine mögliche Supernova in der Galaxie Messier 82 (M82) entdeckt. Bereits wenige Stunden später konnte mit dem 3.5-m-Teleskop des Apache Point Observatory in New Mexico, USA, ein Spektrum aufgenommen werden, das den Anfangsverdacht bestätigte und die Supernova als Typ Ia klassifizierte. Sie erhielt die Bezeichnung SN2014J.


SN2014J

Supernova SN2014J in M82 auf CCD-Kompositbild (Filter: B, Hα,SII) aufgenommen mit der Tautenburger Schmidt-Kamera am 3. Februar 2014. Die Supernova war so hell, dass das Bild sättigte und der typische Überlaufeffekt (waagerechter Balken) entstand. (Bildquelle: Thüringer Landessternwarte Tautenburg).

M82 ist etwa 11 Millionen Lichtjahre entfernt, das ist in kosmologischen Dimensionen sehr wenig. Damit ist SN2014J die naheste idenzifizierte Supernova vom Typ Ia seit Jahrzehnten. An diese Tatsache knüpfen sich insbesondere Erwartungen, etwas über den Vorgängerstern zu erfahren. Eine diesbezügliche Untersuchung von Aufnahmen aus dem Archiv des Hubble Space Telescope ergab kein aufgelöstes sternförmiges Objekt an der Position von SN2014J. Das ist aber im zur Zeit favorisierten Szenario, in dem eine Typ Ia Supernova durch die Explosion eines Weißen Zwergs in einem engen Doppelsternsystem erklärt wird, auch nicht zu erwarten. Die Explosion wird als Folge der Akkretion von Materie vom Begleitstern auf den Weißen Zwerg und der damit dort ausgelösten Prozesse verstanden. Für einen bestimmten Bereich der Akkretionsrate sollte es zunächst zu einer Novaexplosion auf der Oberfläche des Weißen Zwergs kommen. Eine Nova ist bei weitem nicht so heftig und nicht so leuchtstark wie eine Typ Ia Supernova. Dafür sind Novae aber häufiger, und sie können sich unter Umständen wiederholen. Wiederkehrende Novae werden insbesondere als potenzielle Vorgänger der Typ Ia Supernovae angesehen. Das negative Ergebnis der Suche nach einem Vorgängerstern auf den Aufnahmen des Hubble Space Telescope schließt die Möglichkeit eines Doppelsternsystems, das zu solchen wiederkehrenden Novae führt, nicht aus. Die Autoren dieser Studie haben deshalb dazu aufgerufen, andere Beobachtungsarchive nach einer Vorgängernova zu durchforsten.

Eine umfangreiche Stichprobe extragalaktischer Novae ist in unserer nahen Nachbargalaxie M31, der Andromedagalaxie, bekannt. Bei der systematischen Suche nach Novae in M31 hatte sich das Beobachtungsmaterial im Plattenarchiv des Schmidt-Teleskops der TLS als außerordentlich wertvoll erwiesen. Aus der Statistik der Novae in M31 ist zu erwarten, dass helle Novae auch in der viermal weiter entfernten Galaxie M82 auf Tautenburger Archivbeobachtungen noch nachweisbar sind. Die Chance, eine Nova an der Position von SN2014J auf einer einzelnen früheren Tautenburger Beobachtung zu finden, ist natürlich sehr klein, da sie nur für eine kurze Zeit von wenigen Tagen bis Wochen nahe ihrem Helligkeitsmaximum hell genug dafür wäre. Der besondere Wert des Archivs der TLS liegt hier aber in der Kombination der zeitlichen Überdeckung über ein halbes Jahrhundert einerseits und einer hinreichenden Grenzreichweite andererseits.


Innerer Bereich M82 M82 Superwind

Links:Innerer Bereich der Galaxie M82 auf einer Aufnahme aus dem Jahr 2011.Der Kreis zeigt die Position von SN2014J an. Rechts: Scheibe (bläulich) von M82 mit galaktischem Superwind (rötlich). (Bildquelle: Thüringer Landessternwarte Tautenburg)

Wir haben eine große Anzahl von Beobachtungen von M82, die mit der Tautenburger Schmidt-Kamera im Zeitraum von 1961 bis 2013 aufgenommen wurden, gründlich nach Anzeichen für ein sternförmiges Objekt an der Position von SN2014J durchsucht (obere Abbildung links als Beispiel). Die vorläufige Auswertung hat bisher keine eindeutige Detektion ergeben, die mit einem Nova-Ereignis zu identifizieren wäre. Die Entdeckung einer Nova wäre eine hervorragende Bestätigung des Supernova Ia Szenarios. Andererseits bedeutet unser vorläufiges Negativergebnis aufgrund der geringen Entdeckungswahrscheinlichkeit natürlich nicht, dass die Vorstellung von einer Nova im Vorfeld einer Typ Ia Supernova auszuschließen ist. Wir haben angeregt, auch andere Archive mit entsprechender Reichweite daraufhin zu durchsuchen.

M82 ist seit langem als Starburstgalaxie bekannt, da in ihrem inneren Bereich die Rate neu entstehender Sterne deutlich höher ist als bei gewöhnlichen Galaxien. In einem Starburst entstehen insbesondere kompakte Sternhaufen mit vielen massereichen, leuchtstarken Sternen, die sich schnell entwickeln und in Supernovaexplosionen (zumeist vom Typ II, nicht vom Typ Ia) enden. Die Kombination expandierender Supernovareste und heftiger Sternwinde kann zur Bildung eines galaxienweiten Superwindes führen, in dem aufgeheiztes interstellaren Gas aus dem Hauptkörper der Galaxie herausgeblasen wird. Das Gas dieses Superwinds ist bei M82 gut durch die Beobachtung mit einem schmalbandigen Filter um die Hα-Linie der Balmer-Serie der Wasserstoffatome nachweisbar (rötliche Strukturen im Bild oben rechts). Als wahrscheinlicher Auslöser des Starbursts in M82 wird eine frühere nahe Begegnung mit der größeren Nachbargalaxie M81 angenommen.

Kontakt: Prof. Dr. Helmut Meusinger