Neubewertung von M31-2014-DS1: Warum Andromedas „verschwindender“ Stern Theorien über gescheiterte Supernovae infrage stellt

M31-2014-DS1 neu bewertet: Warum Andromedas „verschwindender“ Stern Theorien über fehlgeschlagene Supernovae infrage stellt

Im Jahr 2014 beobachteten Astronomen bei der Überwachung der Andromeda-Galaxie (M31) ein seltenes und rätselhaftes kosmisches Verschwinden. Ein massereicher gelber Überriese mit der Bezeichnung M31-2014-DS1 begann schnell zu verblassen und verschwand schließlich aus der optischen Sicht. Jahrelang legte der wissenschaftliche Konsens nahe, dass es sich um eine „fehlgeschlagene Supernova“ handelte – ein dramatisches Ereignis, bei dem ein massereicher Stern eine brillante Explosion überspringt und direkt zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Eine neue Studie von Noam Soker vom Technion - Israel Institute of Technology deutet jedoch darauf hin, dass dieses „Verschwinden“ nicht das ist, was es zu sein scheint. Durch eine Neubewertung der physikalischen Parameter, die für eine fehlgeschlagene Supernova erforderlich sind, argumentiert Soker, dass das Szenario mathematisch unwahrscheinlich ist und der Stern möglicherweise noch vorhanden ist, lediglich verborgen hinter einem Schleier aus kosmischem Staub.

Die Hypothese der fehlgeschlagenen Supernova

Das Konzept einer fehlgeschlagenen Supernova ist ein Grundpfeiler des modernen „neutrino-getriebenen“ Mechanismus des Sternentods. In diesem Modell setzt der Kern eines massereichen Sterns beim Kollaps eine Flut von Neutrinos frei, die eine beträchtliche Menge an Masse-Energie mitführen. Dieser plötzliche Verlust an Gravitationskraft führt dazu, dass sich die äußeren Schichten des Sterns ausdehnen. Während der Großteil des Sterns zu einem Schwarzen Loch kollabiert, wird ein kleiner Bruchteil der Hülle in den Weltraum ausgestoßen, wobei ein Teil des Materials schließlich wieder in Richtung der neu entstandenen Singularität zurückfällt. Es wird theoretisiert, dass dieses „Fallback“-Material eine Akkretionsscheibe bildet, die schwache Jets und ein transientes Ereignis geringer Leuchtkraft speist, dem die Brillanz einer Standard-Supernova fehlt.

Für M31-2014-DS1 hatten Forscher zuvor vorgeschlagen, dass genau diese Abfolge von Ereignissen stattgefunden hat und ein Schwarzes Loch von etwa fünf Sonnenmassen zurückblieb. Der Reiz dieser Theorie liegt in ihrer Fähigkeit zu erklären, warum einige der massereichsten Sterne des Universums scheinbar ohne das erwartete Feuerwerk verschwinden. Sie hilft auch dabei, das Problem der „fehlenden Roten Überriesen“ zu erklären – die Beobachtung, dass wir weniger massereiche Supernova-Vorläufer sehen, als Sternentwicklungsmodelle vorhersagen.

Die Herausforderung der Feinabstimmung

In seiner neuesten Forschungsarbeit stellt Noam Soker die Machbarkeit dieses Modells infrage und charakterisiert es als ein „Szenario einer fehlgeschlagenen fehlgeschlagenen Supernova“. Laut Soker sind die spezifischen Bedingungen, die erforderlich sind, um den Beobachtungen von M31-2014-DS1 zu entsprechen, unglaublich eng gefasst und physikalisch unwahrscheinlich. Das Modell der fehlgeschlagenen Supernova erfordert, dass weniger als 1 % des gebundenen Fallback-Materials tatsächlich vom Schwarzen Loch akkretiert wird. Wenn mehr Material verbraucht würde, wären die resultierenden Jets weit energiereicher als das, was in Andromeda beobachtet wurde.

Soker weist auf einen eklatanten Widerspruch im Zeitablauf dieses Ereignisses hin. Das vorgeschlagene Modell legt nahe, dass akkretionsgetriebene Jets über ein Jahrzehnt lang aktiv bleiben müssen, um die Lichtkurve zu erklären, doch dieselben Jets müssten es irgendwie versäumen, den Gaszustrom für denselben Zeitraum zu stoppen. „Ich halte diese Anforderung einer Feinabstimmung für unwahrscheinlich“, schreibt Soker in seiner Analyse und stellt fest, dass die physikalischen Rückkopplungsschleifen zwischen akkretierendem Gas und ausströmenden Jets solche Systeme normalerweise viel aggressiver regulieren. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein System ein so empfindliches, zehnjähriges Ungleichgewicht aufrechterhält, liegt aus Sokers Sicht bei fast Null.

Konvektion und Drehimpulsschwankungen

Ein wesentlicher Teil von Sokers Kritik konzentriert sich auf die Rolle der Konvektion innerhalb des gelben Überriesen vor dem Kollaps. Bevor ein Stern kollabiert, sind seine äußeren Schichten ein kochender Kessel aus Konvektionszellen. Diese Zellen besitzen einen stochastischen – oder zufälligen – Drehimpuls. Wenn der Stern kollabiert, verschwindet dieser „Wirbel“ nicht einfach; er bestimmt, wie das Fallback-Material mit dem Schwarzen Loch interagiert.

Soker argumentiert, dass selbst wenn der Stern als Ganzes langsam rotierte, die interne Turbulenz ausreichen würde, um intermittierende Akkretionsscheiben zu bilden. Diese Scheiben würden unweigerlich Jets durch einen Prozess auslösen, den Soker als Jittering-Jets-Explosionsmechanismus (JJEM) identifiziert. „Das Fallback-Material weist aufgrund der Hüllenkonvektion vor dem Kollaps große Drehimpulsschwankungen auf“, erklärt Soker. Seine Berechnungen legen nahe, dass diese Schwankungen Jets erzeugen würden, die energiereich genug sind, um eine viel hellere Explosion auszulösen, statt des schwachen, verblassenden Leuchtens, das 2014 beobachtet wurde. Die Tatsache, dass M31-2014-DS1 nicht brillant explodierte, deutet darauf hin, dass ein Kernkollaps-Ereignis möglicherweise gar nicht stattgefunden hat.

Strahlungsdiskrepanzen und alternative Szenarien

Über die Mechanik der Akkretion hinaus identifiziert Soker eine Diskrepanz im beobachteten Licht. In einem Szenario einer fehlgeschlagenen Supernova sollte die Wechselwirkung zwischen den ausströmenden Jets und dem umgebenden Sternengas eine signifikante Strahlung erzeugen, wenn das Material abkühlt. Sokers Analyse ergab jedoch, dass die erwartete Strahlung aus einer solchen Kühlzone mindestens eine Größenordnung höher sein müsste als die von Teleskopen gemessenen Werte. Diese Diskrepanz schwächt die Argumentation für die Entstehung eines Schwarzen Lochs weiter.

Wenn es sich also nicht um eine fehlgeschlagene Supernova handelt, was ist dann mit dem Stern passiert? Soker deutet auf eine Alternative hin: eine optische Transiente mittlerer Leuchtkraft vom Typ II (ILOT). In diesem Szenario ist der Stern Teil eines Doppelsternsystems, das eine heftige Wechselwirkung oder eine teilweise Verschmelzung durchlief. Solche Ereignisse können massive Gasmengen ausstoßen, die schnell zu Staub kondensieren. Dieser Staub fungiert als kosmischer „Schleier“, der das Licht des Sterns blockiert und ihn so erscheinen lässt, als sei er verschwunden. „Das Verblassen ist auf den Ausstoß von Staub bei einer heftigen Wechselwirkung in einem Doppelsternsystem zurückzuführen“, schlägt Soker vor und merkt an, dass diese Erklärung zu den beobachteten Daten passt, ohne „unwahrscheinliche feinabgestimmte Parameter“ zu erfordern.

Auswirkungen auf die Sternentwicklung

Die Debatte über M31-2014-DS1 hat tiefgreifende Auswirkungen darauf, wie wir die Lebenszyklen der massereichsten Sterne im Universum verstehen. Wenn fehlgeschlagene Supernovae so selten sind, wie Soker vermutet, würde dies bedeuten, dass die meisten massereichen Sterne ihr Leben tatsächlich mit hellen Explosionen beenden und unsere aktuellen „neutrino-getriebenen“ Modelle möglicherweise einer signifikanten Überarbeitung bedürfen. Es würde auch darauf hindeuten, dass die „fehlenden“ Vorläufersterne nicht in Schwarzen Löchern verschwinden, sondern vielleicht durch ihren eigenen Massenverlust im Spätstadium oder durch Wechselwirkungen in Doppelsternsystemen verdeckt werden.

Sokers Arbeit deckt sich mit anderen aktuellen Studien, wie denen von Beasor et al. (2026), die Daten des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) und des Submillimeter Array (SMA) nutzen. Diese Beobachtungen konnten keine hochenergetischen Signaturen nachweisen – wie etwa spezifische Röntgenflüsse –, die man von einem neu entstandenen Schwarzen Loch erwarten würde, das aktiv Materie akkretiert. Stattdessen deuten die Infrarotdaten auf eine nicht-sphärische Staubverteilung hin, ein Markenzeichen für die Wechselwirkung von Doppelsternen anstatt des eher symmetrischen Kollapses eines Einzelsterns.

Wie es mit dem Andromeda-Rätsel weitergeht

Der ultimative Test für Sokers Theorie der „fehlgeschlagenen fehlgeschlagenen Supernova“ wird die Zeit sein. Wenn der Stern lediglich hinter einer Staubschale verborgen ist, die während einer Wechselwirkung in einem Doppelsternsystem ausgestoßen wurde, wird sich dieser Staub schließlich ausdehnen und ausdünnen, oder der Stern wird sich hinter den Schleier hinausbewegen. Soker hat zuvor vorausgesagt, dass M31-2014-DS1 schließlich wieder auftauchen wird – eine „Wiederauferstehung“, die die Theorie des Kollapses zu einem Schwarzen Loch definitiv widerlegen würde.

Die künftige Forschung wird sich auf die langfristige Überwachung des Ortes im Infrarot- und Radiobereich konzentrieren. Während Teleskope wie das JWST weiterhin durch den Staub der Andromeda-Galaxie blicken, hoffen Astronomen, den entscheidenden Beweis – das „Smoking Gun“ – zu finden: entweder die schwache, anhaltende Hitze eines verborgenen Doppelsternsystems oder das unmissverständliche Schweigen eines Schwarzen Lochs. Vorerst bleibt der Fall des verschwindenden Überriesen ein Lehrstück über die Komplexität des Sternentods und die Gefahr der Annahme, dass ein Stern, wenn er verschwindet, für immer fort ist.