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Eine All-Sky-Röntgenuntersuchung findet den größten Supernova-Überrest, der je gesehen wurde

In unserem Himmel fehlen Supernovae. Sterne leben Millionen oder Milliarden von Jahren. Aber angesichts der schieren Anzahl von Sternen in der Milchstraße sollten wir immer noch alle 30-50 Jahre mit diesem katastrophalen Sternentod rechnen. Nur wenige dieser Explosionen werden sich innerhalb der Reichweite der Erde mit bloßem Auge befinden. Nova kommt aus der lateinischen Bedeutung'Neu'. In den letzten 2000 Jahren haben die Menschen etwa sieben „neue“ Sterne am Himmel auftauchen sehen – einige hell genug, um tagsüber gesehen zu werden – bis sie nach der ersten Explosion verblassten. Wir haben zwar seit über 400 Jahren keinen neuen Stern am Himmel erscheinen sehen, aber wir können ihn sehenNachwirkungenmit Teleskopen – Supernova-Überreste (SNRs) – die heißen expandierenden Gase von Sternexplosionen. SNRs sind bis zu 150.000 Jahre sichtbar, bevor sie in der Galaxis verschwinden. Wenn man die Berechnung anstellt, sollte es ungefähr 1200 sichtbare SNRs an unserem Himmel geben, aber wir haben es nur geschafft, ungefähr 300 zu finden. Das war, bis 'Hoinga' war kürzlich entdeckt . Benannt nach der Heimatstadt des Erstautors Wissenschaftler Werner Becker, dessen Forschungsteam das SNR mithilfe der eROSITA All-Sky-Röntgenuntersuchung , Hoinga ist einer der größten je gesehenen SNRs.

Zusammengesetztes Röntgen- (rosa) und Radiobild (blau) von Hoinga. Die von eROSITA entdeckten Röntgenstrahlen werden von den heißen Trümmern des explodierten Vorläufersterns emittiert. Radioantennen auf der Erde detektieren Strahlungsemissionen von Elektronen in der äußeren Hülle der Supernova
Credit: eROSITA/MPE (Röntgen), CHIPASS/SPASS/N. Hurley-Walker, ICRAR-Curtin (Radio)

Versteckter Riese

Hoinga ist groß. Sehr groß. Das SNR umfasst 4 Grad des Himmels – achtmal breiter als der Vollmond. Die naheliegende Frage – wie konnten Astronomen nicht schon so etwas Großes gefunden haben? Hoinga ist nicht der Ort, an dem wir normalerweise nach Supernova suchen. Die meisten unserer SNR-Suchen konzentrieren sich auf die Ebene der Galaxie in Richtung des Kerns der Milchstraße, wo wir die dichteste Konzentration älterer und explodierter Sterne erwarten würden. Aber Hoinga wurde in hohen Breiten außerhalb der Ebene der Galaxie gefunden.

Außerdem versteckt sich Hoinga im Himmeldaes ist so groß. Auf dieser Skala ist das SNR schwer von anderen großen Staub- und Gasstrukturen zu unterscheiden, aus denen die Galaxie besteht, die als 'Galaktischer Zirrus' bekannt ist. Es ist, als würde man versuchen, eine einzelne Wolke an einem bewölkten Himmel zu sehen. Der Galaktische Cirrus überstrahlt Hoinga auch im Radiolicht, das oft verwendet wird, um nach SNRs zu suchen, und zwingt Hoinga, sich im Hintergrund zu verstecken. Durch Querverweise mit älteren Radio Sky Surveys ermittelte das Forschungsteam Hoingahattewurde zuvor beobachtet, wurde jedoch aufgrund seines vergleichsweise schwachen Leuchtens im Radio nie als SNR identifiziert. Hier hat eROSITA einen Vorteil, da es Röntgenstrahlen sieht. Hoinga leuchtet im Röntgenlicht heller als der Galaktische Zirrus, wodurch er sich von der Galaxie abhebt, um entdeckt zu werden.

Farbkodiertes Bild der ersten eROSITA-Röntgenaufnahme über einen Zeitraum von sechs Monaten (rot: 0,3-0,6 keV, grün: 0,6-1 keV, blau: 1-2,3 keV). (Beachten Sie, dass 0,1 keV einer Gastemperatur von etwa 1,1 Millionen Grad entspricht) zentrale Blasen aus dem Zentrum der Milchstraße aufsteigend (der blaue Streifen durch die Mitte) waren auch wichtige Entdeckungen von eROSITA vergangener Aktivitäten im Zentrum unserer Galaxie vor Jahrtausenden. Kredit eROSITA Twitter-Konto

Der Stammvater

Wenn Sterne altern und ihren Wasserstoff-Brennstoffvorrat verbrennen, werden sie ihr Leben je nach ihrer Masse auf unterschiedliche Weise beenden. Sterne mit geringerer Masse wie unsere Sonne schwellen zu Roten Riesen an, die schließlich ihre äußeren Schichten in den Weltraum abgeben. Der verbrauchte Kern des Sterns wird unter den abgeschiedenen Schichten enthüllt – eine stark komprimierte heiße glühende Kugel aus Kohlenstoff von der Größe der Erde, bekannt als weißer Zwerg. Es ist im Grunde ein heißer Weltraumdiamant von Planetengröße. Keine dramatische Explosion. Sie werden über Äonen abkühlen, um ein „Schwarzer Zwerg“ zu werden. Erstaunlicherweise ist das Universum selbst nicht alt genug damit jeder Weiße Zwerg vollständig zu einem Schwarzen Zwerg abgekühlt istnoch. 99% der Stars werden ihr Leben auf diese Weise beenden. Allerdings können weiße Zwergsterne bei einem Schub manchmal immer noch Supernovae erzeugen.

Weiße Zwerge erzeugen keine neue Energie, sondern geben Restwärme ins All ab. Wenn es jedoch durch die Schwerkraft in ein Doppelsternpaar mit einem anderen Stern verwickelt ist, kann Material vom Begleitstern auf den Weißen Zwerg gezogen werden. Wenn der Weiße Zwerg genug Material sammelt, um eine kritische Schwelle von 1,44 Sonnenmassen (der Masse unserer Sonne) zu überschreiten, tritt eine „Ausreißer“-Reaktion auf, bei der ein großer Teil des superdichten Sterns gleichzeitig eine Kernfusion durchläuft … in nur wenigen Sekunden . Die Temperaturen steigen aufMilliardenGrad (der Kern unserer eigenen Sonne beträgt zum Vergleich kühle 15 Millionen) und der Stern erreicht das, was Astronomen ruhig „unbindende Energie“ nennen – BOOM! Supernovae von Weißen Zwergen werden als Supernovae vom Typ Ia klassifiziert.

Der G299 Supernova Remnant ist auch das Produkt eines explodierenden Weißen Zwergsterns/ Dieser explodierte vor etwa 4500 Jahren. Kredit NASA Chandra Röntgenobservatorium

Im Gegensatz dazu werden die ersten 1% der massereichsten Sterne von selbst zur Supernova, ohne dass ein Gefährte benötigt wird, um Material zu ziehen. Diese Sterne explodieren und erschaffen exotische Objekte in Form von Schwarzen Löchern oder Pulsaren – ein Super-Super-dichtes Objekt mit einem Gewicht von mehreren Sonnenmassen, das in eine 15 km lange Kugel gepfercht ist. Explosionen massereicher Sterne werden als „Kernkollaps-Supernovae“ oder Typ II bezeichnet. Pulsare und Schwarze Löcher sind Quellen von Röntgenstrahlen im umgebenden SNR. In Hoinga gibt es jedoch kein zentrales Röntgenobjekt. Es gibt 11 Röntgen-„Punktquellen“ (kein diffuses Gas, sondern konzentrierte Energiepunkte), die sich sichtbar „innerhalb“ des Hoinga-SNR befinden, bei denen es sich um Pulsare oder Schwarze Löcher handeln könnte. Diese Quellen scheinen sich jedoch im Vordergrund oder Hintergrund zu befinden. Da es keine zentrale Röntgenquelle gibt, ist es wahrscheinlich, dass der Vorläuferstern von Hoinga ein Weißer Zwerg war. Im Gegensatz zu einem massereichen Stern, der explodiert und den Kern hinterlässt, der zu einem Pulsar oder Schwarzen Loch wird, ist ein Weißer Zwergwarder verbleibende Kern eines Sterns. Wenn es explodiert, wird die Punktquelle zerstört.

Verschiedene Arten von Supernova – Universe Today Video von Fraser Cain

Ins Licht

Die Bestimmung der anderen Eigenschaften von Hoinga ist schwierig, da sich das SNR außerhalb der galaktischen Ebene befindet, entfernt von anderen Objekten, die wir als Referenz verwenden können. Wenn sich SNRs in der galaktischen Ebene befinden, sind sie von Pulsaren umgeben, deren Entfernung leichter zu messen ist als diffuse Gaswolken. Es gibt keine bekannten Pulsare im Umkreis von 20 Grad um Hoinga am Himmel. Das Forschungsteam liefert dann eine Distanzmessung durch Vergleich mit anderen bekannten SNRs.

In Weltraumregionen wie dem Magellansche Wolken – Satellitengalaxien der Milchstraße mit massereichen Sternentstehungsregionen – wir sehen SNRs mit ähnlicher Helligkeit und Form wie Hoinga mit bekannten Entfernungen. Anhand von Kontrasten und Ähnlichkeiten schlussfolgern die Forscher, dass die Entfernung zu Hoinga mindestens 450 . betragen muss Parsec (ca. 1470 Lichtjahre). Wir wissen auch, dass die meisten beobachteten SNRs mit der Form von Hoinga nicht größer als 100pc (326 Lichtjahre) im Durchmesser sind. Die Kenntnis der Breite des SNR gibt uns auch Hinweise auf seine Entfernung, die darauf hindeutet, dass Hoinga höchstens 1200 Parsec (3900 Lichtjahre) entfernt ist. Jetzt haben wir also einen maximalen und einen minimalen Abstand.

Region, die Hoinga umgibt, nachdem Quellen von entfernten Hintergrundobjekten, nähere Vordergrundobjekte und galaktische „Cirrus“ aus dem Bild gefiltert wurden. Hoinga ist das halbmondförmige Objekt im rechten Bild. Der leuchtend gelbe Punkt oben rechts ist der entfernte Galaxienhaufen Hydra A, der fast eine Milliarde Lichtjahre entfernt ist c. Becker et al. 2021

Forscher können anhand von Beobachtungen auch die Entfernung zu einer anderen sehr bekannten Supernova namens Vela ableiten. Vela explodierte vor etwa 12.000 Jahren und schuf einen Pulsar. Das resultierende SNR ist eines der unglaublichsten Bilder des Weltraums, die ich je gesehen habe . Da wir wissen, wie hell Vela ist, können wir die beiden Überreste als weiteren Datenpunkt vergleichen, um unseren Bereich von 450-1200pc einzugrenzen, um festzustellen, dass Hoinga wahrscheinlich 500pc (1630 Lichtjahre) von der Erde entfernt liegt.

Energie im Dunkeln

eROSITA machte die Entdeckung von Hoinga mit nur einem Durchgang seiner All-Sky X-ray Survey und hofft, dass weitere versteckte SNRs gefunden werden können. Das Gerät scannt den gesamten Himmel mit einer Geschwindigkeit von 0,025 Grad pro Sekunde und führt alle sechs Monate einen Scan durch. Der im Juli 2019 gestartete erste Scan wurde am 12. Juni 2020 mit insgesamt acht geplanten Erhebungen über 4 Jahre abgeschlossen. eROSITA ist selbst das wichtigste Instrument an Bord der russisch-deutschen Mission „Spectrum-Roentgen-Gamma“ oder „SGR“, die von Baikonur Kasachstan aus gestartet wurde. Während mehrere Missionen All-Sky-Durchmusterungen durchführen, war SGR die erste, die eine All-Sky-Durchmusterung in Röntgenstrahlen durchführte.

Außerhalb der Supernova-Jagd beobachtet SGR die Bewegungen von Galaxienhaufen, um Einblicke in die „Dunkle Energie“ zu gewinnen, die wenig verstandene Kraft, von der angenommen wird, dass sie die Expansion des Universums verursacht. Wie das kommende James-Webb-Weltraumteleskop umkreist SGR die Erde nicht, sondern parkt eher auf „L2“ oder Lagrange 2 , eine Art Gravitationstasche, die durch die Wechselwirkung von Erde, Sonne und Mond entsteht (stellen Sie sich das wie diese wirbelnden Wirbel im Wasser vor, die Ihnen in einem Boot folgen. Wenn sich Schaum oder Schmutz in den Wirbeln verfangen, kommen sie mit Sie für die Fahrt). Da Röntgenstrahlen von der Erdatmosphäre absorbiert werden, stellen Sie Ihr Röntgenteleskop besser in den Weltraum, in dem SGR lebt.

Ausschnitt des grösseren SRG/eROSITA-All-Sky-Survey-Bildes von oben. Der Hoinga-Supernova-Überrest ist markiert. Die große helle Quelle im unteren Quadranten des Bildes stammt vom Supernova-Überrest „Vela“. Die Bildfarben werden mit den Energien der detektierten Röntgenphotonen korreliert. Rot repräsentiert den Energiebereich von 0,3–0,6 keV, Grün 0,6–1,0 keV und Blau 1,0–2,3 keV. Bild- und Textnachweis. SRG/eROSITA

Mit jedem Durchlauf der All-Sky-Umfrage werden weitere Details zu Objekten wie Hoinga enthüllt. Kombiniert mit anderen laufende All-Sky-Surveys , und Riese neue Teleskopprojekte , sammeln wir mehr Daten über den Himmel als je zuvor. Wir werden wahrscheinlich noch viel mehr SNRs und noch mehr coole Sachen über das Universum finden, die uns letztendlich helfen, uns selbst zu verstehen. Supernova hat uns gemacht! Sterne kochen Elemente so schwer wie Nickel und Eisen, aber alles, was schwerer ist als sie im Periodensystem, wird durch diese Sternenexplosionen erzeugt, die dann den Rohstoff unserer Existenz durch den Kosmos säen. Wir haben Beweise dafür, dass unser eigenes Sonnensystem bereits mit Supernova-Trümmern angereichert war Vor 4,567 Milliarden Jahren . Die Überreste dieser Explosionen zu sehen bedeutet, die Kräfte besser zu kennen, die uns gemacht haben.