Im gesamten Universum, 5,5 Milliarden Lichtjahre entfernt, haben mehrere Teleskope einen hellen Blitz eines kurzen Gammastrahlenausbruchs aufgezeichnet. Sehr ähnlich der Explosion eines Kilonova-Sterns.
Astronomen versuchten, die Daten mit einer Kollision von Neutronensternen zu verknüpfen, die 2017 zum ersten Mal in der Geschichte aufgezeichnet wurde.
Die Entdeckung von 2017, bekannt als GW 170817, war ein großer Segen: Eine riesige Menge an Daten zu einer Vielzahl von Signalen, die uns helfen, Ereignisse zu verstehen und zu erkennen, was wir sehen, wenn ein ähnliches Phänomen erneut auftritt.
Aber die Kilonova, die mit dem Gammastrahlenausbruch einhergeht und GRB 200522A heißt, unterscheidet sich stark von der Kollision von Neutronensternen. Die vom Hubble-Weltraumteleskop im nahen Infrarot aufgenommene Fackel war unglaublich hell – zehnmal heller als die vorhergesagten Neutronenstern-Kollisionsmodelle.
“Diese Beobachtungen passen nicht zu herkömmlichen Erklärungen für kurze Gammastrahlen”, sagte der Astronom Wen-fi Fong von der Northwestern University.
„Angesichts dessen, was wir über Radio und Röntgenstrahlen aus dieser Explosion wissen, ist dies keine Kollision. Die Nahinfrarotstrahlung, die wir mit dem Hubble erfassen, ist zu hell. '
Die Strahlung wurde zuerst vom Neil Gerels Swift Observatory der NASA erfasst, einem Weltraumteleskop zur Erkennung von Gammastrahlenausbrüchen. Sobald die Warnung eingegangen war, begannen andere Weltraum- und Landteleskope, sich auf die Explosionsstelle einzustellen.
Ein sehr großes Array, W.M. Das Keck-Observatorium und das Netzwerk globaler Teleskope des Las Cumbres-Observatoriums arbeiteten daran, ein elektromagnetisches Profil eines Ereignisses von Radiowellen bis zu Röntgenstrahlen zu erhalten. Sie zeigten, dass es sich um einen kurzen Gammastrahlenausbruch handelte – eine Art Explosion, die weniger als zwei Sekunden dauerte und mit der Verschmelzung von Neutronensternen verbunden war.
Das Hubble-Weltraumteleskop, das das Phänomen im nahen Infrarot beobachtet, hat die Meinung von Wissenschaftlern geändert.
“Als die Daten eingingen, haben wir ein Bild des Lichtemissionsmechanismus erstellt, den wir gesehen haben”, sagte der Astronom Tanmoy Laskar von der University of Bath in Großbritannien.
„Wir mussten unseren Denkprozess komplett ändern, weil die Informationen, die Hubble hinzufügte, uns klar machten, dass wir das traditionelle Denken aufgeben und davon ausgehen müssen, dass ein neues Phänomen auftritt. Dann mussten wir herausfinden, was diese extrem starken Explosionen für die Physik bedeuten. '
Die Kollision zweier Neutronensterne – der kollabierenden Kerne toter Sterne – ist ein Meilenstein. Neutronensterne sind winzig und dicht, etwa 1,1- bis 2,5-mal so groß wie die Sonnenmasse, aber in eine Kugel mit einem Durchmesser von nur 20 Kilometern gepackt.
Wenn sie kollidieren, setzen sie eine enorme Menge an Energie in Form einer Explosion eines Kilonova-Sterns frei, der 1000-mal heller ist als eine normale Nova. Dies wird begleitet von einem Ausbruch energiereicher Gammastrahlen von ausgestoßenen Materiestrahlen, die sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Die Kilonova selbst leuchtet im optischen und infraroten Bereich der Wellen, die durch den radioaktiven Zerfall schwerer Elemente verursacht werden. Astronomen glauben, dass zwei Neutronensterne in GW 170817 zu einem Schwarzen Loch verschmolzen sind. Die Forscher glauben, dass die Helligkeit des Kilons GRB 200522A im nahen Infrarot darauf hindeutet, dass die beiden Neutronensterne zu etwas anderem verschmolzen sind: einem Magnetar.
Magnetare sind eine Art Neutronenstern, aber sie haben wahnsinnig starke Magnetfelder – etwa 1000-mal stärker als der durchschnittliche Neutronenstern.
Magnetare sind sehr selten; Bisher wurden in der Milchstraße nur 24 entdeckt. Aus diesem Grund ist es für uns ziemlich schwierig zu verstehen, wie sie entstehen. Wenn zwei mit GRB 200522A assoziierte Neutronensterne einen Magnetar bilden, erhalten wir einen neuen Mechanismus, durch den diese extremen Sterne entstehen könnten.
“Wir wissen, dass Magnetare existieren, weil wir sie in unserer Galaxie sehen”, sagte Fong.
„Wir glauben, dass die meisten von ihnen aus Explosionen massereicher Sterne entstehen und hochmagnetisierte Neutronensterne hinterlassen. Es ist jedoch möglich, dass ein kleiner Teil von ihnen durch die Fusion von Neutronensternen gebildet wird. Wir haben noch nie Beweise dafür gesehen. '
Bisher wurde nur eine Kilonova, GW 170817, bestätigt und gut charakterisiert.
Die neue Studie ist jedoch ein Schritt zur Katalogisierung der möglichen Vielfalt von Kilonsternen und zum Verständnis der Bandbreite der Ergebnisse, wenn zwei Neutronensterne kollidieren.
Die Studie wird zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen und ist auf arXiv verfügbar.
Quellen: Foto: (NASA, ESA und D. Player / STScI)
