SN 1987A

SN 1987A war eine Supernova in der Großen Magellanschen Wolke, rund 168.000 Lichtjahre entfernt. Ihr Licht erreichte die Erde am 23. Februar 1987 — und mehrere Stunden zuvor bereits ihre Neutrinos.

Es war die erste Supernova, die mit einem anderen Boten als Licht beobachtet wurde, und der Beginn der Neutrinoastronomie.

24 Ereignisse

Drei Detektoren registrierten innerhalb weniger Sekunden ein Signal:

Vierundzwanzig Ereignisse insgesamt. Gemessen an dem, was heutige Anlagen liefern würden, ist das nichts — Hyper-Kamiokande erwartet bei einer Supernova in unserer Galaxie einige zehntausend. Gemessen an dem, was zuvor bekannt war, war es alles.

Warum die Neutrinos zuerst kamen

Der zeitliche Vorsprung wirkt zunächst widersprüchlich, ist aber der beste Beleg für das Modell vom Kernkollaps.

Wenn der Kern eines schweren Sterns zusammenbricht, entsteht in Sekundenbruchteilen ein Neutronenstern. Die dabei frei werdende Energie geht zu etwa 99 Prozent in Neutrinos. Diese verlassen den Stern sofort, weil sie kaum wechselwirken.

Das Licht dagegen entsteht erst, wenn die Stoßwelle die äußeren Hüllen des Sterns erreicht und sie zum Leuchten bringt. Das dauert Stunden.

Der Vorsprung von rund drei Stunden ist also keine Kuriosität, sondern eine Vorhersage, die sich bestätigt hat.

Was sich daraus ableiten ließ

Die Energiebilanz. Aus 24 Ereignissen ließ sich die insgesamt abgestrahlte Neutrinoenergie abschätzen. Sie stimmt mit dem überein, was die Theorie für die Bildung eines Neutronensterns verlangt. Damit war das Kernkollapsmodell nicht mehr nur plausibel, sondern gemessen.

Eine Grenze für die Neutrinomasse. Die Neutrinos trafen innerhalb weniger Sekunden ein, obwohl sie unterschiedliche Energien hatten. Wären sie deutlich massiv, hätten die langsameren merklich später ankommen müssen — bei 168.000 Lichtjahren Flugstrecke wirkt sich schon eine winzige Masse aus. Aus der zeitlichen Enge folgte eine Obergrenze, die damals zu den besten gehörte und heute von KATRIN weit unterboten wird.

Eine Grenze für die Lebensdauer. Dass die Neutrinos überhaupt ankamen, zeigt, dass sie auf 168.000 Lichtjahren nicht zerfallen.

Die Überraschung beim Stern selbst

Der Vorgängerstern ließ sich auf älteren Aufnahmen identifizieren: Sanduleak −69° 202. Und er war ein blauer Überriese.

Das widersprach der damaligen Lehrmeinung, nach der Supernovae dieses Typs von roten Überriesen ausgehen. Die Theorie musste nachgebessert werden — ein gutes Beispiel dafür, dass ein einzelnes Ereignis ein ganzes Modell korrigieren kann.

Das fehlende Objekt

Wenn die Neutrinos die Bildung eines Neutronensterns anzeigen, müsste dort einer sein. Gesehen hat man ihn jahrzehntelang nicht — der Staub der Explosion verdeckte alles.

2019 fand das Radioteleskop ALMA einen ungewöhnlich warmen Fleck an der erwarteten Stelle. 2024 legten Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop nach: Die Ionisierung bestimmter Elemente im Zentrum lässt sich am besten durch die Strahlung eines kompakten Objekts erklären.

Damit schließt sich der Kreis fast vierzig Jahre nach den 24 Neutrinos.

Warum es keine zweite gab

Supernovae dieser Art treten in unserer Galaxie schätzungsweise ein- bis dreimal pro Jahrhundert auf. Seit 1987 wartet die Neutrinophysik auf die nächste.

Deshalb sind heute mehrere Detektoren zu einem Frühwarnnetz verbunden. Meldet mehr als einer gleichzeitig einen Ausbruch, geht binnen Minuten eine Warnung an Observatorien weltweit — damit diesmal auch die ersten Stunden des Lichts beobachtet werden.

Verwandte Begriffe

• Neutrinoastronomie — das begründete Feld
• Masatoshi Koshiba — der Betreiber von Kamiokande-II
• Frederick Reines — Mitaufbau des IMB-Detektors
• Hyper-Kamiokande — die Bereitschaft für die nächste

Quellen

• K. Hirata u. a. (Kamiokande-II): Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A, Physical Review Letters 58, 1490 (1987).
• R. M. Bionta u. a. (IMB): Observation of a neutrino burst in coincidence with supernova 1987A, Physical Review Letters 58, 1494 (1987).