Mit zwei Sternexplosionen machte die Galaxie NGC 4424 im Virgo-Haufen auf sich aufmerksam. Die erste leuchtete im Jahr 1895 auf und wurde auf Fotoplatten erfasst. Erst 30 Jahre später entdeckte sie der Heidelberger Astronom Max Wolf (1863-1932) auf archivierten Aufnahmen. Im Frühjahr 2012 erreichte uns das Licht einer weiteren Supernova aus der Galaxie. Sie war ein lohnendes Ziel für Beobachter.

Supernovae sind nach Gammastrahlenausbrüchen die energiereichsten Explosionen im Universum. Sie markieren zumeist das Ende der Entwicklung eines massereichen Sterns (siehe Kasten S. 77). Die Helligkeit dieses flammenden Finales kann diejenige ihrer gesamten Heimatgalaxie übertreffen, wodurch das Ereignis über große kosmische Distanzen hinweg sichtbar ist.

Innerhalb unseres Milchstraßensystems ereignen sich etwa zwei Sternexplosionen pro Jahrhundert. Die meisten galaktischen Supernovae bleiben jedoch auf Grund der Absorption durch interstellare Materie für uns unsichtbar (siehe Kurzbericht S. 28 der Druckausgabe). Dennoch müssen die Astronomen nicht lange warten, um solche Ereignisse erforschen zu können: Sie beobachten sie systematisch in vielen anderen Galaxien. Auf diese Weise ließen sich bereits mehrere tausend Supernovae in extragalaktischen Systemen studieren.

Ein mysteriöser Stern
Eines der helleren Mitglieder des Virgo-Galaxienhaufens, die Galaxie NGC 4424, war in den zurückliegenden 120 Jahren Schauplatz zweier Supernovae. Die Welteninsel wurde am 27. Februar 1865 von dem deutsch-dänischen Astronomen Heinrich Ludwig d'Arrest (1822-1875) mit dem Elf-Zoll-Refraktor der Sternwarte Kopenhagen entdeckt. Nur zehn Bogenminuten nordwestlich befindet sich ihr hellerer Nachbar, die Galaxie NGC 4417, die bereits am 15. April 1784 Wilhelm Herschel (1738-1822) gesehen hatte (siehe Bild rechts oben). Das nahe gelegene Haufenmitglied NGC 4424 übersah er bei dieser Beobachtung ganz offensichtlich.

Rund 30 Jahre nach d'Arrests Entdeckung, in den Nächten des 14. und 15. April 1895, belichtete Max Wolf (1863-1932) in seiner Privatsternwarte in der Heidelberger Märzgasse zwei Platten (siehe Bilder in der Druckausgabe). Das Ziel dieser Aufnahmen war die Gegend im Sternbild Jungfrau, in der sich zahlreiche damals bekannte und unbekannte »Nebelflecken« drängten. Diese Region sollte später als Virgo-Galaxienhaufen bekannt werden.

Zur Fotografie nutzte der Astronom zwei Sechs-Zoll-Voigtländer-Porträtkameras, die an seinem »Wolfschen Sechs-Zöller« montiert waren. Dieser Refraktor mit einem Objektiv von Reinfelder und Hertel diente als Leitfernrohr. Nach jeweils dreistündiger Belichtung nahm Wolf die 13 x 18 Zentimeter großen Platten aus der Kassette und entwickelte sie. Jedoch war das primäre Ziel seiner ersten Auswertung dieser Aufnahmen nicht die Ansammlung von Nebeln, sondern der Kleinplanet (154) Bertha, der sich damals rund ein Grad östlich des Sterns Rho Virginis befand. Eine weitere Auswertung dieser Platten nahm Wolf zunächst nicht vor.

Nach der Verlagerung der Forschungsaktivitäten auf den Königstuhl übergab Max Wolf um das Jahr 1899 seinem Mitarbeiter Arnold Schwassmann (1870-1964) eine der Platten vom April 1895, die ein Feld von immerhin 12 x 8 Grad abbildete. Er beauftragte Schwassmann, diese Platte auszuwerten und insbesondere die darin enthaltenen zahlreichen Nebel mit den Daten des NGC-Katalogs abzugleichen sowie neue Nebel zu katalogisieren. Das Ergebnis dieser Arbeit erschien im Jahr 1902 im ersten Band der »Publikationen des Astrophysikalischen Observatoriums Königstuhl-Heidelberg« als »Königstuhl-Nebelliste No. 2«.

Das Objekt NGC 4424 katalogisierte Schwassmann in seiner Liste unter der Nummer 104 und beschrieb es als »sehr hellen, sehr großen Nebel mit hellerem Zentrum vom Aussehen des Andromedanebels «. Unter der Nummer 105a beschrieb der Astronom schließlich einen 10 bis 11 mag hellen Stern im östlichen Bereich der Galaxie.

Weitere 23 Jahre später, 1925, stieß Max Wolf beim Vergleich dieser Platte mit neueren, am Bruce-Astrografen auf dem Königstuhl belichteten Aufnahmen am östlichen Rand des Nebels NGC 4424 auf ein punktförmiges Objekt. Es taucht auf nur fünf Platten auf, die Wolf im März und April 1895 mit seinem Sechszöller belichtet hatte. Auf allen weiteren Aufnahmen fehlte das Objekt. Zudem stellte Wolf fest, dass Arnold Schwassmann, der inzwischen an die Hamburger Sternwarte in Bergedorf gewechselt war, den mysteriösen Stern bereits 1902 als Nr. 105a in der Nebelliste Nr. 2 katalogisiert hatte. Wolf bemerkte abschließend, dass 105a wohl eine Nova war, die 1894 oder Anfang 1895 im äußeren Teil des Spiralnebels aufleuchtete. Ihre Helligkeit schätzte Wolf anhand seiner Fotoplatten auf 10,5 bis 11 mag.

Aus heutiger Sicht ist die Helligkeit im Vergleich mit modernen Daten um rund eine Magnitude niedriger, also bei etwa 12 mag anzusetzen. Trotz des dürftigen historischen Beobachtungsmaterials können wir davon ausgehen, dass Max Wolf im Frühjahr 1895 wohl eine Supernova in NGC 4424 fotografierte, die er aber erst im Jahr 1925 bemerkte. Nachdem Wolfs »Nova« zunächst die vorläufige Bezeichnung »Variabilis 94.1925 Virginis« erhalten hatte, wurde sie später im General Catalogue of Variable Stars (GCVS) als VW Virginis aufgeführt. Das von Wolf fotografierte Ereignis sollte nicht das letzte seiner Art in der Galaxie gewesen sein.

Die Galaxie NGC 4424 und ihre Supernovae
Objekt	Typ/Art	Position 2000 α	Position 2000 δ	Helligkeit	Winkelaus- dehnung
NGC 4424 VW Vir SN 2012cg	SBa-Galaxie Supernova Ia-Supernova	12h27m11s 12h27m16s 12h27m13s	+09°25'17" +09°25'08" +09°25'13"	12,3 mag ≈12 mag ≈11,8 mag (max.)	3,59 x 1,7'

Eine neue Supernova
Am 17. Mai 2012 meldete die Lick Observatory Supernova Search (LOSS) die Entdeckung einer vermutlichen Supernova unmittelbar östlich der Kernregion der Galaxie NGC 4424. Das Herzstück von LOSS ist ein von der University of California in Berkeley betriebenes 76-Zentimeter-Teleskop am Lick-Observatorium auf dem Mount Hamilton im US-Bundesstaat Kalifornien. Das automatisch arbeitende Instrument erfasste in NGC 4424 ein 16,9 mag helles stellares Objekt, das zunächst die vorläufige Bezeichnung PSN J12271283+0925132 und schließlich die offizielle Bezeichnung SN 2012cg erhielt. Bereits wenige Stunden nach der Entdeckung bestätigte ein am Drei-Meter-Shane-Reflektor auf dem Mount Hamilton aufgenommenes Spektrum, dass LOSS hier eine noch sehr junge Supernova vom Typ Ia aufgespürt hatte (siehe Kasten).

Die Vielfalt der Sternexplosionen

Heute teilen die Astronomen Supernovae in die Grundtypen I und II ein, die sich wiederum in weitere Unterklassen gliedern (siehe SuW 3/2011, S. 30). Abgesehen von den Ia-Supernovae handelt es sich immer um den Kernkollaps und die anschließende Explosion eines sehr massereichen Sterns. Bei einer Ia-Supernova explodiert hingegen ein Weißer Zwerg, der sich in einem engen Doppelsternsystem befindet.

Der Zwerg zieht Materie von seinem Begleitstern zu sich herüber und sammelt sie auf. Durch diesen als Akkretion bezeichneten Prozess nimmt die Masse des Zwergs allmählich zu. Überschreitet sie die kritische »Chandrasekhar-Grenze« vom 1,4-fachen der Sonnenmasse, so setzt eine thermonukleare Explosion ein, die den Zwergstern vollständig zerstört. Ein konkurrierendes Modell geht von einem Doppelsystem aus zwei Weißen Zwergen aus, die sich auf Spiralbahnen allmählich einander annähern und schließlich kollidieren, was ebenfalls eine Explosion ergäbe.

Ia-Supernovae sind für die Entfernungsmessung besonders wichtig, da sie im Maximum ihrer Helligkeit annähernd gleich große Leuchtkräfte aufweisen. Der Vergleich ihrer bekannten Leuchtkraft mit der am Himmel beobachteten scheinbaren Helligkeit einer solchen Supernova lässt auf ihre Entfernung schließen: Je lichtschwächer die Supernova im Maximum am Himmel erscheint, desto weiter ist sie von uns entfernt. Deshalb benutzen die Astronomen Ia-Supernovae auch als »Standardkerzen« zur Entfernungsbestimmung von Galaxien.

Die Auswahl geeigneter Standardkerzen ist allerdings keineswegs einfach, da es in der Klasse Ia verschiedene Untergruppen gibt - beispielsweise die kürzlich entdeckten »Mini-Supernovae« vom Typ Iax (siehe Bild unten). Ihre Leuchtkraft fällt im Maximum deutlich geringer aus. Zudem laufen Iax-Supernovae langsamer ab, weshalb die Astronomen vermuten, dass in vielen dieser Fälle der Weiße Zwerg das Ereignis übersteht.

Bildunterschrift der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildung der Originalpublikation:

Eine »Mini-Supernova« vom Typ Iax kann sich entwickeln, wenn Materie von einem blauen Heliumstern zu einem Weißen Zwerg überströmt, der reich an Kohlenstoff und Sauerstoff ist. Im Unterschied zu den leuchtkräftigeren Ia-Supernovae wird der Zwerg bei der anschließenden Explosion nicht zerrissen, sondern kann das Szenario überstehen.

Bereits am Abend des gleichen Tags wurde SN 2012cg heller als 15 mag und somit auch für visuelle Beobachtungen von Amateurastronomen interessant. Eine erste Sichtung gelang mir nach dem Ende der Dämmerung am 21. Mai 2012, also vier Tage nach der Entdeckung. Hierfür nutzte ich das Newton-Teleskop meiner Dachsternwarte im Großostheimer Ortsteil Wenigumstadt, dessen Hauptspiegel einen Durchmesser von 406 Millimetern (f/4,5) besitzt. Bei 457-facher Vergrößerung offenbarte sich NGC 4424 deutlich als länglicher Nebel mit hellerer Zentralregion. Unmittelbar östlich von ihr erkannte ich sofort ein stellares Objekt - die Supernova SN 2012cg. Bei dieser ersten Beobachtung schätzte ich ihre Helligkeit auf rund 13,9 mag (siehe Bild der Druckausgabe S. 75 unten).

Der Zufall wollte es, dass ich erst kurz zuvor bei Recherchen im Heidelberger Plattenarchiv auf eine der Aufnahmen gestoßen war, die Max Wolf belichtet hatte: Die Platte A 1008 vom 14. April 1895 enthielt die von ihm eingetragene Markierung des Objekts VW Virginis. Daher war mir der Anblick von NGC 4424 mit seiner aktuellen Supernova schon durchaus vertraut. Mein erster Gedanke hierbei war, dass sich NGC 4424 in ähnlicher Weise vor 117 Jahren im Teleskop präsentierte - falls damals jemand eine visuelle Beobachtung durchgeführt hätte.

Meiner ersten Beobachtung folgte am 23. Mai 2012 eine weitere. Zu meinem Erstaunen war die Helligkeit der Supernova mittlerweile um eine ganze Magnitude angestiegen und betrug nunmehr rund 12,9 mag. In den folgenden Tagen war NGC 4424 mit ihrer Supernova mein Hauptbeobachtungsobjekt, und ich wollte die weitere Helligkeitsentwicklung verfolgen (siehe Kasten unten). Einen vorläufigen Höhepunkt notierte ich am 29. Mai 2012 mit 12,1 mag. Danach verschlechterten sich die Beobachtungsbedingungen deutlich: Der helle Mond und aufziehende Bewölkung verhinderten zunächst weitere Helligkeitsschätzungen. Erst am 5. Juni gelang es mir, die Supernova mit rund 12 mag erneut zu sichten. Es folgte nun ein kontinuierlicher, flacher Abstieg der Helligkeit. In den folgenden Wochen rückte die Region um NGC 4424 immer näher an den Westhorizont heran, was die Überwachung des Supernova-Ereignisses zunehmend erschwerte. Meine letzte Beobachtung notierte ich mit 14,0 mag am 17. Juli 2012, danach war SN 2012cg für mich nicht mehr erreichbar.

Die Lichtkurve

Zwischen dem 21. Mai und dem 17. Juli 2012 beobachtete Klaus Wenzel die Supernova insgesamt 17-mal und erstellte aus den geschätzten Helligkeiten eine Lichtkurve (siehe Grafik). Einem steilen Anstieg folgte nach dem Maximum Anfang Juni ein deutlich flacherer Rückgang der Helligkeit. Leider ergab sich zwischen dem 29. Mai und dem 5. Juni, genau in demjenigen Zeitraum, in dem die Supernova ihr Maximum erreichte, eine witterungsbedingte Beobachtungslücke von fünf Tagen. Dennoch lassen die gewonnenen Daten das Maximum klar erkennen. Es dürfte in den ersten Junitagen bei rund 11,8 mag gelegen haben.

Bildunterschrift der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildung der Originalpublikation:

Auf der Basis visueller Beobachtungen am 406-Millimeter- und am 317-Millimeter-Newton-Teleskop seiner Dachsternwarte erstellte Klaus Wenzel diese Lichtkurve der Supernova SN 2012cg.

Parallel zu meinen visuellen Beobachtungen erhielt ich Aufnahmen vom Bradford Robotic Telescope (siehe Bilder oben). Dieses Schmidt-Cassegrain-Teleskop mit 14 Zoll Öffnung befindet sich am Observatorio del Teide auf der Kanareninsel Teneriffa und wird von der University of Bradford ferngesteuert betrieben. Interessierte können online Beobachtungsanträge einreichen, die entsprechend ihrer Wichtigkeit, Sichtbarkeit und der verfügbaren Teleskopzeit bearbeitet werden. Nach der Beobachtung wird der Antragsteller per E-Mail informiert und kann die fertige Aufnahme herunterladen.

Nachdem die Galaxie nach ihrer Konjunktion mit der Sonne wieder am Morgenhimmel auftauchte, erhielt ich vom BRT am 14. Januar 2013 eine weitere Aufnahme von NGC 4424. Noch zu dieser Zeit, sieben Monate nach der Entdeckung, zeigte sich die Supernova als rund 17,5 mag helles Sternchen östlich des Zentrums der Galaxie.

Himmelsereignis an »historischem Ort«
Die Supernova SN 2012cg war wegen ihrer Lage und Maximalhelligkeit ein lohnendes visuelles Ziel. Auf Grund ihrer frühen Entdeckung konnte ich den Anstieg zur Maximalhelligkeit gut verfolgen. Dabei bot sich die Gelegenheit, die Galaxie NGC 4424 ähnlich zu betrachten, wie sie wohl 117 Jahre zuvor, als Max Wolf noch in seiner Privatsternwarte forschte, mit ihrer damaligen Supernova ausgesehen hatte. Die historische Supernova befand sich lediglich etwas weiter östlich des Kerns. Mit Helligkeiten von rund 12 mag im Maximum sind beide Ereignisse durchaus vergleichbar. Die historischen Aufnahmen wurden mittlerweile im Rahmen des Scan-Projekts »Heidelberg Digitized Astronomical Plates« digitalisiert, das von der Klaus Tschira Stiftung finanziert wird. Sie sind im Internet frei verfügbar.

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Max Wolf (21. Juni 1863 - 3. Oktober 1932)

Vor 150 Jahren, im Jahr 1863, wurde Max Wolf geboren. In seinem Elternhaus in der Heidelberger Märzgasse erbaute er ab Mitte der 1880er Jahre eine leistungsfähige Sternwarte. Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehörte die Anwendung der damals noch neuen Fotografie auf astronomische Fragestellungen. Ein umfassender Beitrag über Leben und Werk des Astronomen erscheint in Sterne und Weltraum 7/2013.

Klaus Wenzel ist seit 1975 Amateurastronom. Seit 1995 überwacht er Quasare und BL-Lacertae-Objekte. Ein weiterer Schwerpunkt seiner Interessen liegt in der Geschichte der Entdeckung der Objekte des NGC-Katalogs sowie deren visuellen Beobachtung. Bisher konnte er rund 3700 NGC-Objekte erfolgreich visuell beobachten.

Literaturhinweise

Janka, T. et al.: Supernovae und kosmische Gammablitze. Teil 1: Neue Vielfalt der Erscheinungen. In: Sterne und Weltraum 3/2011, S. 30-41

Schwassmann, A.: Die Anwendung des parallactischen Messapparates auf Platten mit grossem Gesichtsfeld (Königstuhl Nebelliste Nr. 2). In: Publikationen des Astrophysikalischen Observatoriums Königstuhl-Heidelberg, Erster Band, S. 17-105, 1902

Silverman, J.M . et. al.: The Very Young Type-Ia SN 2012cg: Discovery and Pre-Maximum Brightness Follow-Up. In: Astrophysical Journal 756, L 7-12, 2012

Steinicke W.: Nebel und Sternhaufen. Geschichte ihrer Entdeckung, Beobachtung und Katalogisierung - von Herschel bis zu Dreyers »New General Catalogue«. Books on Demand, Norderstedt 2009

Voigt, H.-H.: Abriss der Astronomie. Wiley-VCH, Weinheim 2012

Wenzel, K., Birkle, K.: Astronomische Schätze heben - Plattenarchiv Heidelberg. In: Sterne und Weltraum 3/2010, S. 68-72

Wolf, M.: Variabilis (Nova?) 94.1925 Virginis. In: Astronomische Nachrichten 226, S. 75-78, 1925

Weblinks zum Thema finden Sie unter
www.sterne-und-weltraum.de/artikel/1191825

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w i s - wissenschaft in die schulen

Didaktische Materialien zu diesem Beitrag

Was ist WIS?
Unser Projekt »Wissenschaft in die Schulen!« wendet sich an Lehrerinnen und Lehrer, die ihren naturwissenschaftlichen Unterricht mit aktuellen und praktischen Bezügen anschaulich und abwechslungsreich gestalten wollen - und an Schülerinnen und Schüler, die sich für Vorgänge in der Natur begeistern und ein tieferes Verständnis des Universums gewinnen möchten.

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Mit Hilfe der ID-Nummer sind diese auf der Seite www.wissenschaft-schulen.de/artikel/ID-Nummer als Download unter dem Link »Zentrales WiS!-Dokument« zugänglich.

WiS in Sterne und Weltraum

»Supernovae und ihre Überreste« steht in Beziehung mit dem Artikel »Zwei Supernovae in einer Galaxie« auf S. 74: So gewaltig Supernovae auch erscheinen mögen, ihre Physik betrifft zu einem großen Teil die kleinsten Bausteine der Materie. Die Inhalte des WiS-Beitrags dienen zum einen zur Vorstellungsentwicklung für das Geschehen einer Supernova im Großen und zum anderen als Anknüpfungspunkt für die Behandlung einiger kernphysikalischer Aspekte.
(ID-Nummer: 1051528)

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Bildunterschriften der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildungen der Originalpublikation:

Abb. S. 75 oben:
Der 25 x 20 Bogenminuten große Ausschnitt aus der Durchmusterung POSS II (R) erfasst das Feld um die beiden zigarrenförmigen Galaxien NGC4417 sowie NGC4424. Der Vergleichsstern unmittelbar nördlich von NGC4424 hat eine visuelle Helligkeit von 12,0 mag.

Abb. S. 75 unten:
Die Zeichnung von Klaus Wenzel dokumentiert den Anblick der Galaxie NGC 4424 und der Supernova SN 2012cg in seinem 406-Millimeter-Newton-Teleskop bei 457-facher Vergrößerung am 21. Mai 2012. Die Helligkeit der erst vier Tage alten Supernova betrug noch 13,9 mag. Sie war damit deutlich lichtschwächer als der nördlich von ihr gelegene 12 mag helle Vergleichsstern.

Abb. S. 76:
Die Ausschnitte aus Fotoplatten des Archivs der Landessternwarte Heidelberg geben ein 30 x 30 Bogenminuten großes Himmelsfeld wieder. Die linke Aufnahme belichtete Max Wolf im Jahr 1895 mit seinem Sechszöller. Sie erfasste die als »VW Virginis« bezeichnete Supernova unmittelbar östlich des Galaxienkerns. Die Markierung trug der Astronom nach der Entdeckung im Jahr 1925 ein. Die rechte Aufnahme ist eine ebenfalls von ihm belichtete Vergleichsaufnahme aus dem Bruce-Archiv.

Abb. S. 78:
Die schwächer werdende Supernova SN 2012cg östlich der Zentralregion von NGC4424 ließ sich mit dem Bradford Robotic Telescope (BRT) noch lange nach dem Maximum verfolgen. Am 22. Juni 2012 hatte ihre Helligkeit auf rund 12,8 mag abgenommen, am 14. Januar 2013, nach dem Wiederauftauchen am Morgenhimmel, war sie nur noch ein 17,5 mag helles Sternchen.