Genaue Messungen mit der Sammlung von Radioteleskopen der National Science Foundation (NSF) haben gezeigt, dass ein schmaler Partikelstrahl, der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, in den interstellaren Raum ausgestoßen wird, kurz nachdem ein Paar Neutronensterne in einer 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie verschmolzen ist. Die Fusion, die im August 2017 stattfand, erzeugte Gravitationswellen, die Vibrationen im Weltraum verursachten. Es war das erste Ereignis, bei dem sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Wellen, einschließlich Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, sichtbares Licht und Radiowellen, sofort erfasst wurden.
Die Folgen der Fusion, GW170817 genannt, konnten durch umlaufende und bodengestützte Teleskope auf der ganzen Welt beobachtet werden. Die Wissenschaftler stellten fest, dass sich die Eigenschaften der resultierenden Wellen im Laufe der Zeit änderten, und verwendeten diese Änderungen, um die Art der Phänomene zu identifizieren, die auf die Fusion folgten.
Eine Frage, die auch Monate nach der Fusion auffiel, war, ob das Ereignis einen engen, sich schnell bewegenden Materialstrom erzeugte, der seinen Weg in den interstellaren Raum fand. Dies war sehr wichtig, da solche Jets notwendig sind, um die Art von Gammastrahlungsstößen zu erzeugen, von denen Theoretiker glaubten, dass sie durch das Zusammenführen von Neutronensternpaaren verursacht worden sein sollten.
Die Antwort kam, als Astronomen eine Kombination aus dem sehr langen Basislinien-Array (VLBA) von NSF, dem Large-Scale-Array (VLA) von Karl Jansky und dem Green Bank Telescope (GBT) von Robert S. Byrd verwendeten. Es wurde festgestellt, dass sich der Ort der Funkemission aus dem Zusammenfluss im Weltraum bewegte und die Bewegung so schnell war, dass nur ein Flugzeug seine Geschwindigkeit erklären konnte.
„Wir haben diese Bewegung gemessen, die viermal schneller als Licht war. Diese Illusion, die als superluminale Bewegung bezeichnet wird, tritt auf, wenn sich der Strahl fast der Erde nähert und sich das Material im Strahl der Lichtgeschwindigkeit nähert “, sagte Kunal Muli, National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und Caltech.
Die Astronomen beobachteten das Objekt 75 Tage nach der Fusion und 230 Tage später erneut.
“Basierend auf unserer Analyse ist dieser Jet wahrscheinlich sehr schmal, nicht breiter als 5 Grad und nur 20 Grad von der Erdrichtung entfernt”, sagte Adam Deller von der Swinburne University of Technology. “Aber um unseren Beobachtungen zu entsprechen, musste das Material im Jet auch mehr als 97 Prozent schneller als die Lichtgeschwindigkeit nach außen explodieren.”
Das aktuelle Szenario des Ereignisses ist, dass die anfängliche Verschmelzung zweier superdichter Neutronensterne eine Explosion verursachte, die eine kugelförmige Trümmerhülle nach außen drückte. Neutronensterne fielen in das Schwarze Loch, dessen starke Schwerkraft begann, Material dorthin zu ziehen. Dieses Material bildete eine schnell rotierende Scheibe, die ein Paar Strahlen erzeugte, die sich von ihren Polen nach außen bewegten.
Als sich dieses Ereignis abspielte, stellte sich die Frage, ob die Jets aus der Hülle der Trümmer der ursprünglichen Explosion austreten würden. Beobachtungsdaten zeigten, dass der Jet mit Weltraummüll interagierte und einen breiten „Kokon“ aus Material bildete, der sich nach außen ausdehnte. Der Kokon dehnte sich langsamer aus als die Jets.
“Unsere Interpretation ist, dass der Kokon die Funkemission bis etwa 60 Tage nach der Fusion dominierte und später die Emissionen dem Jet ausgesetzt waren”, sagte Ore Gottlieb von der Universität Tel Aviv, dem führenden Theoretiker der Studie.
“Wir hatten Glück, dass wir dieses Ereignis beobachten konnten, denn wenn der Jet weit von der Erde entfernt wäre, wäre die Funkemission zu schwach, um sie zu erkennen”, fügte Gregg Hollinan von Caltech hinzu.
Derzeit sind die Wissenschaftler zuversichtlich, dass der Nachweis eines sich schnell bewegenden Strahls in GW170817 die Verbindung zwischen Neutronensternfusionen und kurzfristigen Gammastrahlenausbrüchen erheblich verbessert. Sie wissen jetzt, dass die Jets relativ auf die Erde gerichtet sein müssen, um einen Gammastrahlenausbruch zu erkennen.
