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Wird Betelgeuse zur Supernova?

Historische Bedeutung von Betelgeuse

In den letzten Tagen hat es endlich mal wieder ein astronomisches Thema in die Schlagzeilen und die Öffentlichkeit geschafft, und zwar die Geschehnisse rund um den Stern Betelgeuse. Erstmal: Ja, er heißt Betelgeuse, alle anderen Namen (Beteigeuze, Betelgeuze, Beteigeuse,…) sind Ergebnisse der fehlerhaften Übernahme des arabischen Namen in das lateinische Alphabet. Und daran sieht man bereits, dass der Stern wirklich schon seit sehr langer Zeit bekannt ist, nämlich bereits in Werken des arabischen Astronomen Azophi auftaucht, der im zehnten Jahrhundert gelebt hat. Als zweithellster Stern des markanten Sternbilds Orion hat er auch eine große mythologische Bedeutung und hat ganze antike Kulturen maßgeblich beeinflusst. Aufgrund seiner tiefroten Färbung galt er lange als Zeichen für Krieg und da er als erster Stern des Orions über dem Horizont aufgeht auch als Ankündiger und Bote.

Betelgeuse aus astronomischer Sicht

Die tiefrote Färbung des Sterns und seine große Helligkeit sind charakteristisch für die Sternklasse der Roten Überriesen. Diese Sterne sind massereiche Sterne kurz vor ihrem Tod. Ein Stern wird durch zwei Kräfte stabil gehalten. Zum einen die eigene Gravitation, die den Stern in sich zusammenstürzen lassen will, zum anderen der Energiefluss, der durch das Verschmelzen von Atomkernen zu neuen Atomkernen in seinem Innern nach außen strömt. Da sich diese Kräfte ausgleichen, kann ein Stern bestehen. Doch wenn der Wasserstoff im Innern des Sterns vollständig zu Helium verschmolzen ist, fällt der Strahlungsdruck plötzlich weg und die Gravitation presst den Stern zusammen. Normalerweise, würde man sagen, müsste der Stern nun kleiner werden, da keine Energie mehr erzeugt wird, doch das Gegenteil passiert.

Die Gravitation presst den Stern zusammen, sodass die Temperatur in seinem Innern aufgrund des Gasgesetzes steigt und nun ausreicht, um auch Helium zu verschmelzen und die Temperaturen in seinen äußeren Schalen zumindest für die Verschmelzung von Wasserstoffatomen ausreicht. Dadurch wird nun also mehr Energie als vorher erzeugt und der Stern wird größer. Wenn das Helium vollständig zu Kohlenstoff verschmolzen ist, wird der Stern wieder zusammengepresst, wodurch der Druck so weit steigt, dass im Kern der Kohlenstoff zu Neon und in den Schalen das Helium zu Kohlenstoff verschmolzen werden kann. Dadurch wird noch mehr Energie freigesetzt. Dies geht dann immer so weiter, wodurch der Stern den Aufbau einer Zwiebel bekommt, mit immer schwereren Elementen bis zum Kern hin. Irgendwann wird im Kern Silizium zu Eisen verschmolzen, doch Eisen kann nicht weiter verschmolzen werden. Wenn sich im Kern also Eisen ablagert, lässt der Strahlungsdruck wieder nach, aber diesmal für immer. Die Gravitation gewinnt und lässt den Stern in einer gewaltigen Explosion kollabieren, einer Supernova. Übrig bleibt der extrem verdichtete Kern als Neutronenstern oder Schwarzes Loch. Betelgeuse ist gerade in diesem letzten Stadium der Fusion von Silizium und steht somit kurz vor der Beendigung seines Lebens.

Dadurch, dass in einem so großen Stern fast keine Konvektionsströme gibt, die Wasserstoff von der Oberfläche ins Innere befördern, leben Sterne je länger, desto kleiner sie sind. Während kleine Rote Zwerge viel länger leben, als das Universum bisher existiert und sonnenähnliche Sterne mehrere Milliarden Jahre, brennen Sterne wie Betelgeuse nur wenige Millionen Jahre.

Kurz vor der Explosion

Dass Betelgeuse kurz vor seiner Explosion steht, ist nichts neues. Doch „kurz“ ist in der Astronomie immer relativ und bedeutet in diesem Fall irgendwann in den nächsten paar 100.000 Jahren. Nun jedoch deutet sich an, dass die Supernova von Betelgeuse womöglich unmittelbar bevorsteht oder sogar schon vorbei, aber wegen der Entfernung von 640 Lichtjahren noch nicht bei der Erde angekommen. Dies deutet man daraus, dass sich Sterne kurz, und damit ist nach menschlichen Maßstäben kurz gemeint, vor ihrer Explosion noch einmal abdunkeln. Dies ist bei Betelgeuse derzeit extrem auffällig und sogar mit bloßen Auge zu beobachten. Normalerweise ist er in den Top Ten der hellsten Sterne am Nachthimmel, doch aktuell gehört er nicht mehr mal zu den 20 hellsten Sternen. Das kann bedeuten, dass die Explosion kurz bevorsteht, muss es aber nicht.

Wegen der relativen Nähe und Größe des Sterns, ist er einer der wenigen Sterne, die wir nicht nur als Punkt, sondern mit Teleskopen als Scheibe sehen können.

Denn Betelgeuse ist sowieso ein veränderlicher Stern, seine Helligkeit variiert also in zwei parallel verlaufenden Zyklen. Wenn die Minima beider Zyklen also zusammenfallen, kann es auch zu einer starken Verdunklung kommen und es muss nichts mit dem baldigen Ableben des Sterns zutun haben. Es ist also gut möglich, dass der Stern sich in wenigen Wochen wieder aufhellt. Doch, obwohl es nicht wahrscheinlich ist, könnte es dennoch sein, dass wir die Supernova und Betelgeuse erleben. Was würde das für uns bedeuten?

Heller als der Mond

Die Explosion wäre von der Erde aus nicht zu übersehen. Für wenige Wochen würde Betelgeuse so stark leuchten wie eine ganze Galaxie. Am Nachthimmel wäre er so hell wie der Vollmond und die Explosion mit bloßem Auge zu sehen. Er wäre so leuchtstark, dass man ihn selbst tagsüber am Himmel sehen würde. Zweifellos wäre es ein spektakulärer Anblick, der einmalig in der gesamten Menschheitsgeschichte wäre. Die letzte Supernova innerhalb unserer Galaxis fand 1604 unter dem Namen „Keplers Supernova“ statt und war nicht annähernd so hell, wie es Betelgeuses sein wird. Zudem hatte man damals keine Ahnung, was eine Supernova eigentlich ist und war sich der Besonderheit dieses Ereignisses nicht wirklich bewusst, was bereits im Namen „Supernova“ steckt, der auf ein neu auftauchendes Objekt hinweist. In Wahrheit taucht jedoch kein Objekt neu auf, sondern es explodiert eins.

Keine akute Gefahr

Eine Supernova ist die gewaltigste Explosion, die es im Universum gibt, sie setzt große Mengen an Energie und Strahlung frei. Im Umkreis von 10 Lichtjahren würde eine solche Explosion vermutlich das irdische Leben ausrotten, vermutlich gab es im Ordovizium eine Supernova, die eines der großen sechs Massenaussterben der Erdgeschichte verursacht hat. Daher beobachten Wissenschaftler Supernovae in unserer direkten kosmischen Nachbarschaft häufig mit Sorge. Der Großteil der Strahlung wird jedoch an den Polen des Sterns emittiert und bei Betelgeuse wissen wir, dass keiner der Pole der Erde zugewandt ist. Ein Massenaussterben ist trotz der relativen Nähe zur Erde also ausgeschlossen, dennoch könnte es in kleinem Umfang zu einer Schädigung der Ozonschicht und einem höheren Hautkrebsrisiko kommen, es müssten also entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen werden.

Viel mehr dürften wir uns darauf freuen, vor allem die Wissenschaftler. Eine Supernova in unserer direkten kosmischen Nachbarschaft wäre eine großartige Gelegenheit, mehr über diese Endphase großer Sterne zu erfahren.

Kultureller Einschnitt

In erster Linie wäre es jedoch ein kulturelles Großereignis. Betelgeuse war schon immer da und hat die Menschheit seit Anbeginn der Zeit begleitet. Die Menschen der Steinzeit blickten zu ihm empor und fragten sich, was wohl dieses rote Licht sei, im alten Ägypten sah man in dem Stern einen Gott, im antiken Griechenland erzählte man sich mythologische Geschichten, im Mittelalter blickten erste kluge Köpfe in den Himmel und erforschten den Stern – und nun wäre er mit wenigen Wochen weg. Das legendäre Sternbild des Orion wäre zerstört. Der Sternhimmel, der über Tausende Jahre als statisch und unveränderlich galt, würde ich verändern und das vor unseren Augen. Es wäre das erste mal, dass wir mit eigenen Augen sehen, dass das Universum nicht ewig ist, sondern vergänglich wie alles andere, sich das alles nur auf sehr großen Zeitskalen abspielt.

Wenn Betelgeuse dann eines Tages von der Bildfläche verschwindet, womöglich ja in gar nicht so ferner Zukunft, wird es auch irgendwie etwas wehmütig machen. Da, wo wir früher den hellen roten Stern Betelgeuse gesehen haben, werden wir dann nichts mehr sehen. Doch in Wahrheit wird auch dann dort der Überrest des Sterns in Form eines Neutronensterns umgeben von einem bunten Nebel zu sehen sein. Wobei ich persönlich mich erstmal dran gewöhnen werden müssen: Betelgeuse, der Neutronenstern – wir leben in verrückten Zeiten.

CHEOPS: Start des weltweit ersten Weltraumteleskops zur Exoplanetenkunde verschoben

Die Entdeckung des ersten Exoplaneten ist nun schon fast 30 Jahre her, in diesem Jahr wurde dafür sogar der Nobelpreis für Physik verliehen. Doch bis heute sind diese Planeten meist nicht viel mehr als Kurven aus Diagrammen in den Büros von Wissenschaftler. In einigen Fällen lassen sich die Oberflächenbedingungen grob simulieren, doch das Erfassen von Details oder sogar direkte Beobachtungen sind bis heute nicht möglich. Dies soll die CHEOPS-Mission der ESA ändern. Das Weltraumteleskop soll erstmals Details von bereits bekannten Exoplaneten erfassen. Doch der Start im Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana schlug gestern fehl und soll am heutigen Tag um 09:45 MESZ wiederholt werden.

Detaillierte Untersuchung von Exoplaneten

CHEOPS steht für „Characterising Exoplanet Satellite“, die primäre Aufgabe des Weltraumteleskops ist es also nicht, neue Planeten zu entdecken, sondern bereits bekannte einmal genauer unter die Lupe zu nehmen, gerade erdähnliche Planeten um nahe Sterne, also etwa Himmelskörper zwischen der Größe von Erde und Neptun. Dies sind sogenannte Supererden, also Gesteinsplaneten, von denen einige auch lebensfreundliche Bedingungen aufweisen können, allerdings auch Wüsten- oder Wasserplaneten sein können. Etwa 500 Sterne sollen beobachtet werden, um all diese Sterne wurden bereits Planeten entdeckt.

Die Planeten sollen bei Transits um ihren Stern beobachtet werden, so kann zunächst die Größe und somit geklärt werden, ob es sich um Gesteins- oder Gasplaneten hält. Gasplaneten sind für Lebenssuche recht uninteressant, handelt es sich jedoch um Gesteinsplaneten, kann aus Masse und Durchmesser die Dichte berechnet werden, was Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung zulässt. Im nächsten Schritt sollen eventuelle Atmosphären und deren Zusammensetzung untersucht werden. Sollte man Elemente wie Sauerstoff oder Methan finden, wäre das ein starker Hinweis auf einen bewohnbaren oder sogar bewohnten Planeten.

CHEOPS soll unter anderem herausfinden, ob es sich bei Planeten um Gasriesen oder Gesteinsplaneten handelt.

Aufbau der Sonde

CHEOPS soll die Erde in 700 Kilometern Höhe umkreisen, also noch im niedrigen Erdorbit leicht über der ISS und Hubble, aber deutlich unter den Bahnen der TV-Satelliten. Es ist 2,6 Meter hoch und wiegt 290 Kilogramm. Das Teleskop selbst hat eine Öffnung von 32 Zentimetern und eine Länge von 1,2 Metern. Die Mission wird von der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA in Kooperation mit der Schweiz und andere internationalen Partnern betrieben. Durch Solarpaneele zur Energieversorgung und einen Hitzeschild, ähnlich wie ihn Parker Solar Probe hat, nur deutlich kleiner, wird die empfindliche Technik vor der Sonnenstrahlung geschützt. So soll eine Lebensdauer von 3,5 Jahren erreicht werden, evtl. sogar mehr, sodass die Mission auch spontan verlängert werden kann.

Start kurzfristig abgebrochen

Der Start von CHEOPS markiert die Entstehung eines neuen Astronomischen Forschungsgebiets, der Exoplanetenkunde, in der Exoplaneten studiert und nicht nur entdeckt werden. Jedenfalls wird er den markieren, denn obwohl der Start für gestern Morgen geplant war, ist CHEOPS noch am Boden, heute 09:54 Uhr MESZ soll ein erneuter Startversuch erfolgen. Derzeit ist noch nicht sicher, wieso der Start 90 Minuten vor Ablauf des Countdowns automatisiert abgebrochen wurde. Da die Sojus-Fregat-Rakete von der Russischen Raumfahrtbehörde Roskosmos produziert wurde, leitet diese derzeit die Untersuchungen.

Nur der Anfang

Läuft alles nach Plan, ist CHEOPS nur der Anfang dieses neuen Forschungszweigs, so ist es auch die erste von sogenannten S-Class-Missionen der ESA, die kostengünstig sind und in recht kurzer Zeit hintereinander gestartet werden sollen. Und auch zur Erforschung von Exoplaneten gibt es noch viele Möglichkeiten. So ist es etwa denkbar, ein Teleskop am Gravitationslinsenpunkt unserer Sonne, weit außerhalb des Kuipergürtels, zu platzieren. Dieses Teleskop könnte quasi die Sonne als Spiegel nutzen und so eine Auflösung erzielen, die mehrere Pixel große Bilder von Exoplaneten ermöglichen würden. Noch ist dies eine Vision, doch mit dem Start von CHEOPS werden wir dieser Version womöglich einen Schritt näher kommen.