Kollapsar

Ein Kollapsar ist das Endstadium eines besonders massereichen Sterns (typischerweise über 30 Sonnenmassen), bei dem der Kern nach Erschöpfung des nuklearen Brennstoffs direkt zu einem Schwarzen Loch kollabiert, ohne eine stabile Neutronenstern-Phase zu durchlaufen. Das Kollapsar-Modell wurde in den 1990er Jahren von Stan Woosley entwickelt und gilt als führende Erklärung für langdauernde Gammastrahlenausbrüche (Long-Duration GRBs).

Beim Kollaps bildet sich eine Akkretionsscheibe aus dem infallenden Sternmaterial um das neugeborene Schwarze Loch. Magnetische Felder und Rotationsenergie treiben zwei gegenüberliegende Jets an, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch die äußeren Schichten des Sterns brechen. Wenn einer dieser Jets in Richtung Erde zeigt, beobachten wir einen Gamma-Ray Burst.

Kollapsare produzieren bei ihrer Explosion auch große Mengen radioaktiven Nickels (Ni-56), dessen Zerfall die beobachtete Supernova-Helligkeit erklären kann. Die Beobachtung von GRB 030329 und der zugehörigen Supernova SN 2003dh lieferte einen der stärksten Belege für das Kollapsar-Modell.

In der Science Fiction verschmelzen Kollapsar-Szenarien oft mit dem allgemeineren Thema kosmischer Katastrophen. Joe Haldemans Roman The Forever War (1974) verwendet den Begriff Collapsar als Bezeichnung für Schwarze Löcher, die als Portale für interstellare Reisen dienen, und prägte damit die populäre Verwendung des Worts in der SF.

Das Kollapsar-Modell ist inzwischen durch eine Reihe von Beobachtungen gestützt. GRB 030329, ein Gammastrahlenausbruch im Jahr 2003, zeigte ein optisches Nachleuchten, das perfekt dem Spektrum einer Supernova vom Typ Ic entsprach, SN 2003dh. Diese Überlagerung von GRB und Supernova war der bisher stärkste direkte Beweis, dass ein sterbender Stern beides gleichzeitig produzieren kann. Seither wurden weitere solcher Ereignisse beobachtet, die das Kollapsar-Modell als Erklärung für long-duration GRBs festigten.

Besonders massereiche Sterne, sogenannte Wolfrayet-Sterne mit mehr als 40 Sonnenmassen, gelten als Hauptkandidaten für Kollapsar-Ereignisse. Sie haben ihre äußere Wasserstoffhülle durch starke Sternwinde verloren und kommen beim Kollaps ohne die absorbierende Hülle aus, die den Jet ausbremsen könnte. Der Jet bricht stattdessen direkt durch das verbleibende Helium-Kohlenstoff-Innere und erreicht Lorentz-Faktoren von über 100, was erklärt, warum die relativistische Strahlung so extrem gebündelt ist.

Haldemans Begriffsverwendung zeigt, wie SF-Terminologie und reale Physik manchmal aneinander vorbeigehen und sich dann doch wieder treffen. Seinen Collapsaren, die als Reiseportale fungieren, liegt eine Intuition zugrunde, die nicht komplett falsch ist: Die extreme Raumzeitkrümmung nahe einem frisch entstandenen Schwarzen Loch hat tatsächlich etwas von einer kosmischen Weiche. Dass Physiker dieselbe Bezeichnung inzwischen für das genaue astrophysikalische Szenario verwenden, gibt der Verbindung zwischen SF-Sprache und Wissenschaft eine eigene Geschichte.