Supernova Rest, Nebel, der nach einer Supernova zurückgelassen wurde, einer spektakulären Explosion, bei der ein Stern den größten Teil seiner Masse in einer sich heftig ausbreitenden Trümmerwolke ausstößt. In der hellsten Phase der Explosion strahlt die expandierende Wolke an einem einzigen Tag so viel Energie aus wie die Sonne in den letzten drei Millionen Jahren. Solche Explosionen treten ungefähr alle 50 Jahre in einer großen Galaxie auf. Sie wurden in der Milchstraße seltener beobachtet, da die meisten von ihnen von den dunklen Staubwolken verdeckt wurden. Galaktische Supernovae wurden 1006 in Lupus, 1054 in Taurus, 1572 in Cassiopeia (Tychos Nova, benannt nach Tycho Brahe, seinem Beobachter) und schließlich 1604 in Serpens, genannt Keplers Nova, beobachtet. Die Sterne wurden hell genug, um tagsüber sichtbar zu sein. Die einzige Supernova mit bloßem Auge, die seit 1604 auftrat, war Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke (der dem Milchstraßensystem am nächsten gelegenen Galaxie), die nur von der südlichen Hemisphäre aus sichtbar ist. Am 23. Februar 1987 hellte sich ein blauer Überriesenstern auf und wurde allmählich zur dritten Größe, die nachts gut sichtbar war. Anschließend wurde er in jedem Wellenlängenband verfolgt, das Wissenschaftlern zur Verfügung stand. Das Spektrum zeigte Wasserstoffleitungen, die sich mit 12.000 km / s ausdehnten, gefolgt von einer langen Zeit langsamen Rückgangs. Es sind 270 Supernova-Überreste bekannt, die fast alle durch ihre starke Funkemission beobachtet werden und in den dunklen Staub der Galaxie eindringen können.
Supernova-Überreste sind für die Struktur von Galaxien sehr wichtig. Sie sind eine Hauptquelle für die Erwärmung von interstellarem Gas durch die von ihnen erzeugten magnetischen Turbulenzen und heftigen Stöße. Sie sind die Hauptquelle für die meisten schweren Elemente, von Sauerstoff bis hinauf. Befindet sich der explodierende massive Stern noch in der Molekülwolke, in der er sich gebildet hat, kann der expandierende Rest das umgebende interstellare Gas komprimieren und eine nachfolgende Sternentstehung auslösen. Die Überreste enthalten starke Stoßwellen, die Filamente aus Material erzeugen, die Gammastrahlenphotonen mit Energien von bis zu 10 14 Elektronenvolt emittieren und Elektronen und Atomkerne bis zu kosmischen Strahlenergien von 10 9 bis 10 15 Elektronenvolt pro Teilchen beschleunigen. In der Sonnenumgebung tragen diese kosmischen Strahlen ungefähr so viel Energie pro Kubikmeter wie Sternenlicht in der Ebene der Galaxie und sie tragen sie zu Tausenden von Lichtjahren über der Ebene.
Ein Großteil der Strahlung von Supernova-Überresten ist Synchrotronstrahlung, die von Elektronen erzeugt wird, die sich in einem Magnetfeld mit nahezu Lichtgeschwindigkeit drehen. Diese Strahlung unterscheidet sich dramatisch von der Emission von Elektronen, die sich mit niedriger Geschwindigkeit bewegen: Sie ist (1) stark in Vorwärtsrichtung konzentriert, (2) über einen weiten Frequenzbereich verteilt, wobei die durchschnittliche Frequenz mit der Energie des Elektrons zunimmt, und (3) stark polarisiert. Elektronen mit vielen verschiedenen Energien erzeugen Strahlung bei im Wesentlichen allen Wellenlängen, vom Radio über Infrarot, optisch und ultraviolett bis hin zu Röntgen- und Gammastrahlen.
Ungefähr 50 Supernova-Überreste enthalten Pulsare, die sich drehenden Neutronensternreste des ehemaligen massiven Sterns. Der Name kommt von der außerordentlich regelmäßig gepulsten Strahlung, die sich in einem schmalen Strahl, der ähnlich wie der Strahl eines Leuchtturms am Betrachter vorbeifegt, in den Weltraum ausbreitet. Es gibt mehrere Gründe, warum die meisten Supernova-Überreste keine sichtbaren Pulsare enthalten. Vielleicht wurde der ursprüngliche Pulsar ausgeworfen, weil es einen Rückstoß von einer asymmetrischen Explosion gab oder die Supernova ein schwarzes Loch anstelle eines Pulsars bildete oder der Strahl des rotierenden Pulsars nicht am Sonnensystem vorbeizieht.
Supernova-Überreste entwickeln sich in vier Phasen, während sie sich ausdehnen. Zuerst dehnen sie sich so heftig aus, dass sie einfach alles ältere interstellare Material vor sich hin fegen und so tun, als würden sie sich in ein Vakuum ausdehnen. Das schockierte Gas, das durch die Explosion auf Millionen von Kelvin erhitzt wurde, strahlt seine Energie nicht sehr gut aus und ist nur in Röntgenstrahlen gut sichtbar. Diese Phase dauert typischerweise mehrere hundert Jahre. Danach hat die Schale einen Radius von etwa 10 Lichtjahren. Während der Expansion geht wenig Energie verloren, aber die Temperatur sinkt, weil dieselbe Energie auf ein immer größeres Volumen verteilt wird. Die niedrigere Temperatur begünstigt mehr Emission, und während der zweiten Phase strahlt der Supernova-Rest seine Energie an den äußersten, kühlsten Schichten ab. Diese Phase kann Tausende von Jahren dauern. Die dritte Stufe tritt ein, nachdem die Schale eine Masse interstellaren Materials aufgenommen hat, die mit ihrer eigenen vergleichbar oder größer ist; Die Expansion hat sich bis dahin erheblich verlangsamt. Das dichte Material, das an seinem äußeren Rand meist interstellar ist, strahlt seine verbleibende Energie für Hunderttausende von Jahren ab. Die Endphase ist erreicht, wenn der Druck innerhalb des Supernova-Restes mit dem Druck des interstellaren Mediums außerhalb des Rests vergleichbar wird, so dass der Rest seine eindeutige Identität verliert. In den späteren Expansionsstadien ist das Magnetfeld der Galaxie wichtig für die Bestimmung der Bewegungen des schwach expandierenden Gases. Selbst nachdem der Großteil des Materials mit dem lokalen interstellaren Medium verschmolzen ist, können Regionen mit sehr heißem Gas verbleiben, die weiche Röntgenstrahlen (dh solche mit einigen hundert Elektronenvolt) erzeugen, die lokal beobachtet werden können.
Die kürzlich beobachteten galaktischen Supernovae befinden sich in den ersten Phasen der oben vorgeschlagenen Evolution. An den Stellen von Keplers und Tychos Novae existieren schwere, undurchsichtige Wolken, und die verbleibenden optischen Objekte sind jetzt unauffällige Knoten glühenden Gases. In der Nähe von Tychos Nova in Cassiopeia gibt es ähnliche optisch unbedeutende Streifen, die als Überreste einer weiteren Supernova-Explosion erscheinen. Bei einem Radioteleskop ist die Situation jedoch spektakulär anders: Der Cassiopeia-Überrest ist die stärkste Radioquelle am gesamten Himmel. Die Untersuchung dieses Überrests, Cassiopeia A genannt, zeigt, dass dort um 1680 eine Supernova-Explosion stattfand, die von Beobachtern wegen des dunklen Staubes übersehen wurde.
