Die Bestätigung von Gravitationswellen im Jahr 2017 eröffnet weiterhin ganz neue Welten der Physik, wirft aber auch weiterhin weitere Fragen auf. Der Nachweis jeder Gravitationswelle bringt eine neue Herausforderung mit sich – wie man die Ursache des Ereignisses herausfinden kann. Das ist manchmal schwieriger, als es klingt. Jetzt ein Team unter der Leitung von Alejandro Vigna-Gomez von der Universität Kopenhagen glaubt, ein Modell des Sternentodes gefunden zu haben, das einige bisher unerklärliche Erkenntnisse erklärt – und auf eine Galaxie mit viel mehr massereichen Neutronensternen als bisher angenommen hinweist.
In der Wissenschaft ist es üblich, Daten zu sammeln, die nicht in die aktuelle wissenschaftliche Theorie passen. Diese Art von unerwarteten Daten stammten vom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ( LIGO ) der zweite Gravitationswellenfund aller Zeiten. Normalerweise würde LIGO Gravitationswellen aufzeichnen, die aus der Kollision zweier massereicher Objekte resultieren, wie z schwarzes Loch und ein Neutronenstern . Bei seiner zweiten positiven Aufnahme, die ursprünglich im Jahr 2019 aufgenommen wurde und jetzt als GW190425 bekannt ist, wiesen die Daten darauf hin, dass es sich bei der Quelle um zwei verschmelzende Neutronensterne handelte, aber sie waren überraschend groß.
UT-Video, in dem diskutiert wird, was Gravitationswellen sind.
Durchschnittliche Neutronensterne sind im herkömmlichen Sinne schwer zu „sehen“. Wie ihr eng verwandter Cousin, das Schwarze Loch, bilden sie sich normalerweise erst, nachdem ein supermassiver Stern implodiert ist. Gelegentlich bilden sie jedoch Pulsare, wodurch eine Sternform entsteht, die zu den sichtbarsten im Universum gehört. Normalerweise ist die einzige Möglichkeit, ein binäres Neutronensternsystem wie dasjenige, das das Gravitationswellensignal GW190425 erzeugt hat, zu sehen, wenn einer der beiden Sterne im System ein Pulsar ist und dann mit seinem regulären Neutronensternnachbarn interagiert. Aber keines der bekannten binären Neutronensternsysteme hatte Sterne, die schwer genug waren, um dem von LIGO gesehenen Signal zu entsprechen.
Ihnen fehlten solche Sterne teilweise, weil sich größere Sterne nach ihrem Tod in Schwarze Löcher anstatt in Neutronensterne verwandelten. Die Gravitationssignale kamen jedoch von verschmelzenden riesigen Neutronensternen, nicht von verschmelzenden Schwarzen Löchern. Was also verursacht die Bildung dieser großen Neutronensterne und warum tauchen sie nicht in Doppelpaaren mit Pulsaren auf?
UT-Video zur Verwendung von Gravitationswellen für die Astronomie.
Laut Dr. Vigna-Gomez könnte die Antwort in einer Art von Stern liegen, der als „abgestreifter Stern“ bezeichnet wird. Auch als bezeichnet Heliumstern , bilden sich diese stellaren Objekte nur in Doppelsternsystemen und ihre äußere Wasserstoffhülle wird vom anderen Stern im System weggedrückt, wodurch ein Kern aus reinem Helium zurückbleibt. Das Team modellierte diese Art von Sternen, um zu verstehen, was mit ihnen nach einer Supernova passiert. Es hängt von zwei Faktoren ab: dem Gewicht des verbleibenden Kerns und der Wucht seiner Supernova-Explosion.
Mithilfe von Sternentwicklungsmodellen zeigte das Team, dass bei Heliumsternen einige der äußeren Heliumschichten bei der Explosion weggeblasen werden können, wodurch das Gewicht des Sterns so weit sinkt, dass er nicht mehr zu einem Schwarzen Loch werden kann. Das könnte möglicherweise erklären, woher die schweren Neutronensterne kommen, aber warum fallen sie in Doppelsternsystemen mit Pulsaren nicht stärker auf?
Weitere Details zu Neutronenstern-Kollisionen in diesem UT-Video
Die Antwort kommt von einem Standardprozess in Binärsysteme - Massentransfer. Oft verliert ein Stern in einem Doppelsternsystem einen Teil seines Materials an den anderen, massereicheren Stern in einem Prozess, der als Massentransfer bekannt ist. In Neutronensternsystemen kann dieser Massentransfer manchmal einen Neutronenstern in einen Pulsar drehen. Je größer jedoch der Heliumkern des Sterns ist, desto unwahrscheinlicher ist ein Massentransferprozess. In Systemen, die massereiche Neutronensterne bilden, ist es also weniger wahrscheinlich, dass sie in einem Doppelsternsystem mit einem Pulsar enden. Sie sind eher in der Lage, ihre Masse festzuhalten, als sie auf ihren binären Begleiter zu übertragen und ihn als Pulsar aufleuchten zu lassen.
Andere Daten von LIGO untermauern diese Theorie. Es scheint, dass Verschmelzungen schwerer Neutronensterne im Universum genauso häufig vorkommen wie Verschmelzungen von etwas weniger schweren Neutronensternen mit Pulsaren. Es könnte eine ganze Population großer Neutronenstern-Doppelsysteme existieren, die für unsere üblichen Nachweismethoden unsichtbar sind. Aber jetzt, mit LIGO, sollten wir zumindest sehen können, wann sie verschmelzen, und das ist ein weiterer Schritt, um sie wirklich zu verstehen.
Erfahren Sie mehr:
UCSC – Astrophysiker erklären den Ursprung ungewöhnlich schwerer Neutronenstern-Doppelsterne
Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe – Fallback-Supernova-Assembly schwerer binärer Neutronensterne und leichter Schwarzer-Loch-Neutronen-Stern-Paare und der gemeinsamen stellaren Vorfahren von GW190425 und GW200115
Observatorium der Grünen Bank – Der massereichste Neutronenstern, der jemals entdeckt wurde, fast zu massiv, um zu existieren
VERKNÜPFUNG - GW190425
Leitbild:
Grafik, die die verschiedenen Verschmelzungen zeigt, die verschiedene Gravitationswellen verursacht haben.
Kredit - Vigna-Gomez et al., ApJL 2021
