Für das Kind in uns allen Weltraum-Enthusiasten gibt es vielleicht nichts Schöneres, als eine neue Art von Explosion zu entdecken. (Außer vielleicht größeren Raketen.) Und es sieht so aus, als ob das passiert ist. Drei separat entdeckte Objekte – eines im Jahr 2016 und zwei im Jahr 2018 – ergeben zusammen eine neue Art von Supernova, die Astronomen Fast Blue Optical Transients (FBOT) nennen.
Supernovae sind so etwas wie feurige Autounfälle: Wir können nicht anders, als sie uns anzusehen. Sie sind die feurige Explosion am Ende des Lebens eines Sterns. Im Laufe der Jahre haben Astronomen sie und ihre Überreste beobachtet, verstanden und in Gruppen eingeteilt.
Aber im Jahr 2018 beobachteten Astronomen eine Supernova, die in keine Gruppe passte. Es hieß AT2018cow oder 'The Cow'. Die Kuh erregte viel Aufmerksamkeit von Astronomen auf der ganzen Welt. Anfangs war es ungewöhnlich hell, und es hellte sich auf und verblasste dann sehr schnell.
Zwei weitere Sternexplosionen, eine im Jahr 2016 und eine im Jahr 2018, erregten aus ähnlichen Gründen auch die Aufmerksamkeit der Astronomie. Sie hießen CSS161010 und ZTF18abvkwla („Der Koala“). Der Koala zeigte extrem helle Radioemissionen, so hell wie ein Gammastrahlenausbruch (GRB). Und CSS161010 schleuderte eine ungewöhnliche Menge an Material mit halber Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum.
„Als ich die Daten reduzierte, dachte ich, ich hätte einen Fehler gemacht.“
Anna Ho, Caltech
Diese Ergebnisse werden in zwei separaten Papieren veröffentlicht.
Einer trägt den Titel „ Ein leicht relativistischer Abfluss des energetischen, schnell ansteigenden blauen optischen Transienten CSS161010 in einer Zwerggalaxie .“ Die Hauptautorin ist Deanne Coppejans von der Northwestern University. Es wurde in den The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Der andere trägt den Titel „ Der Koala: Ein schneller blauer optischer Transient mit leuchtender Radioemission von einer Starburst-Zwerggalaxie bei z = 0,27 .“ Die Hauptautorin ist Anna Ho von Caltech. Es wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht.
Die CSS- und die Koala-Supernovae wurden beide durch automatisierte Himmelsdurchmusterungen im optischen Licht entdeckt. Das CSS s/n befindet sich in einer etwa 500 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie und Koala befindet sich in einer etwa 3,4 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie. Diese beiden Wirtsgalaxien sind kleine Zwerggalaxien.
SN2018Kuh wurde 2018 ebenfalls durch eine automatisierte Himmelsvermessung entdeckt. Die Kuh ist etwa 200 Millionen Lichtjahre entfernt und befindet sich ebenfalls in einer Zwerggalaxie.
Künstlerische Darstellung einer Supernova. Wenn ein Stern, der massereicher als unsere Sonne ist, das Ende seiner Lebensdauer erreicht, kann er als Supernova explodieren. Die verminderte Fusion in seinem Kern kann die Masse des Sterns nicht mehr tragen und die eigene Schwerkraft des Sterns lässt den Kern kollabieren und den Stern explodieren. Bildnachweis: NASA
Beim Studium von Koala fiel der Erstautorin Anna Ho sofort die überraschend hohe Radioemission auf. In einem Pressemitteilung , sagte sie: 'Als ich die Daten reduziert habe, dachte ich, ich hätte einen Fehler gemacht.'
CSS161010 war ebenfalls überraschend, allerdings zunächst aus einem anderen Grund. Die Co-Autorin dieser Studie, Raffaella Margutti von der Northwestern University, sagte in einer Pressemitteilung: 'Es dauerte fast zwei Jahre, um herauszufinden, was wir untersuchten, nur weil es so ungewöhnlich war.'
Nach weiteren Beobachtungen stellte sich heraus, dass sowohl CSS als auch der Koala Ähnlichkeiten mit The Cow aufweisen. Sie nannten sie Fast Blue Optical Transients, und sie stellen eine neue Art von Sternexplosion dar, die sich von anderen bekannten Arten unterscheidet.
FBOTs beginnen ähnlich wie andere Arten von Supernovae. Wenn ein großer Stern – massereicher als unsere Sonne – das Ende seiner normalen Fusionsdauer erreicht, kann er seinen Kern nicht mehr gegen seine eigene Schwerkraft halten. Der Stern explodiert und schleudert seine äußeren Schichten in den Weltraum, wobei nur ein Überbleibsel zurückbleibt. Es gibt Variationen in der Art und Weise, wie sich die verschiedenen Arten von Supernovae ändern, aber das ist die oberste Ansicht einer Kernkollaps-Supernova.
Aber FBOTs unterscheiden sich darin, was nach der Explosion passiert.
Normalerweise sendet eine Kernkollaps-Supernova, sobald sie explodiert, eine Druckwelle in alle Richtungen in den Weltraum, als sich nach außen bewegende Kugel. Das kann ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern als Supernova-Überrest hinterlassen. In einigen Fällen kann sich um den Rest kurzzeitig eine rotierende Materialscheibe – eine Akkretionsscheibe – bilden. Diese rotierende Scheibe kann Materiestrahlen in entgegengesetzte Richtungen in den Weltraum ausstoßen, und diese Jets können schmale Gammastrahlenbündel erzeugen: Gammastrahlenausbrüche.
Künstlerische Illustration eines Sterns, der leichtere Elemente zu schwereren verschmilzt und sich dem Ende seiner Verschmelzung nähert. Schließlich kann die Fusion des Sterns den Kern nicht mehr gegen die eigene Schwerkraft des Sterns stützen und er explodiert. Um den Supernova-Überrest kann sich eine Scheibe aus rotierendem Material bilden, die Energiestrahlen aussenden kann; ein Gammastrahlenausbruch. Zusammengenommen werden die Scheibe, die Jets und die Gammastrahlen als „Motor“ bezeichnet. Bildnachweis: Von der National Science Foundation, Namensnennung, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2768651
Das gesamte Phänomen der rotierenden Scheibe, der Jets und der Gammastrahlen wird als „Motor“ bezeichnet.
Der Unterschied zu FBOTs besteht darin, dass die Akkretionsscheibe von einer dicken Materiewolke umgeben ist. Die Astronomen glauben, dass die Materie von der Oberfläche des Sterns kam, bevor sie explodierte, möglicherweise von einem Begleitstern vom Stern abgezogen.
Wenn die Druckwelle der Supernova auf dieses dicke Material trifft, verursacht sie den ungewöhnlich hellen Strahl sichtbaren Lichts zu Beginn der Supernova, der die Aufmerksamkeit der Astronomen in erster Linie auf sich zog. Dieser anfängliche helle Ausbruch führte zu dem Namen Fast Blue Optical Transient.
In dem von Ho geleiteten Papier schreiben die Autoren: „Vor dem Kernkollaps können massereiche Sterne durch stetige Winde oder eruptive Episoden einen Massenverlust erleiden (Smith 2014 ). Infolgedessen kann ein Stern zum Zeitpunkt der Explosion von dichtem, kürzlich ausgestoßenem Material umgeben sein. Wenn dieses Material optisch dick ist, vergrößert es den effektiven Radius des Sterns und verlängert die Lichtkurve bei Schockausbruch.“
Die Konzeption des Künstlers veranschaulicht die Phänomene, aus denen die neue Klasse kosmischer Explosionen namens Fast Blue Optical Transients besteht.
Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Als die Explosion das Material traf, verursachte sie auch einen hellen Ausbruch von Funkwellen. Laut Astronomen signalisierte dieser außergewöhnlich helle Funkstoß, dass ein Motor am Werk war.
Die Hülle aus dichtem Material „bedeutet, dass sich der Vorläuferstern von denen unterscheidet, die zu Gammastrahlenausbrüchen führen“, sagte Ho in a Pressemitteilung . Die Astronomen sagten, dass in der Kuh und in CSS161010 das dichte Material Wasserstoff enthielt, etwas, das bei Gammastrahlenausbrüchen nie zu sehen war.
Astronomen wandten sich dann an das Keck-Observatorium. Diese Beobachtungen zeigten, dass sich alle drei dieser FBOTs eher in kleineren Zwerggalaxien als in größeren Typen befinden. Es gibt noch keine Gewissheit darüber, was diese Tatsache bedeutet.
Es gibt natürlich noch viele Fragen.
Obwohl alle drei dieser FBOTs über zentrale Triebwerke verfügen, ist es noch zu früh, um zu dem Schluss zu kommen, dass sie alle Supernovae sind. Schwarze Löcher könnten dieselben Motoren erzeugen, indem sie Sterne zerkleinern. Aber die Astronomen sind viel zuversichtlicher, dass Supernovae dafür verantwortlich sind und nicht schwarze Löcher.
Ein Bild vom VLT-Standort der ESO, das links die Milchstraße und die großen und kleinen Magellanschen Wolken zeigt. Die Magellanschen Wolken sind beides Zwerggalaxien. Bildnachweis: Von ESO/Y. Beletsky – http://www.eso.org/public/images/potw1114a/, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14788791
Obwohl es verschiedene Vorläufer für diese FBOTS geben könnte, möglicherweise Schwarze Löcher, gibt es einige Hinweise darauf, dass es sich tatsächlich um Sterne handelt, die zur Supernova werden. Einer von ihnen stammt von Koala und der Galaxie, aus der er entstanden ist. Vor kurzem erlebte diese Galaxie einen ausgeprägten Ausbruch der Sternentstehung. Laut den Astronomen hinter der Koala-Studie macht dies den Vorläufer des massereichen Sterns wahrscheinlicher als den Vorläufer des Schwarzen Lochs.
„Bemerkenswerterweise zeigten die Keck-Daten, dass die Wirtsgalaxien von CSS161010, der ‚Koala‘ und die ‚Kuh‘, obwohl sie winzig klein sind, aktiv Sterne bilden, was darauf hindeutet, dass ihre Heimatbasis eine sehr kleine Sternmasse hat, die typisch für Zwerggalaxien ist“, sagte co -Autor Giacomo Terreran von der Northwestern University.
„Dies deutet wahrscheinlich darauf hin, dass die Eigenschaften der Zwerggalaxie, wie die Metallizität oder die Entstehungsgeschichte, einige sehr seltene Entwicklungspfade von Sternen ermöglichen könnten, die zu den heftigsten Explosionen führen“, fügte Coppejans hinzu.
Die Autoren der CSS161010-Studie kommen zu einem ähnlichen Schluss. In ihrem Papier weisen sie darauf hin, dass diese Gezeitenstörung durch ein Schwarzes Loch nicht die wahrscheinliche Ursache für das FBOT CSS161010 ist: „Die Zwerghostgalaxie von CSS161010 ist mindestens 10 Mal weniger massereich als jeder andere bestätigte TDE-Wirt.“ Kurz gesagt, Zwerggalaxien sind möglicherweise nicht massiv genug, um ein Schwarzes Loch zu beherbergen, das massiv genug ist, um das FBOT zu verursachen.
Eine Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops des Kugelsternhaufens Mayall 2. Dieser Haufen könnte eines der schwer fassbaren Schwarzen Löcher mittlerer Masse in seinem Zentrum beherbergen. Bildnachweis: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1185511
Niemand kann die Gezeitenstörung von Schwarzen Löchern mit mittlerer Masse (IMBH) als Ursache dieser FBOTs vollständig eliminieren. Aber IMBHs selbst sind schwer zu finden, und wenn sie FBOTs verursachen, könnten FBOTs der Weg sein, wie Astronomen mehr von ihnen finden. „Eine Idee ist, dass FBOTs das Aufflackern eines Sterns sein könnten, der von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse auseinandergerissen wird. Wenn dies der Fall ist, könnten sie möglicherweise Leuchtfeuer sein, um diese schwer fassbaren schwarzen Löcher zu finden“, sagte CSS161010-Co-Autorin Rafaella Margutti, Assistenzprofessorin für Physik und Astronomie an der Northwestern University.
Um sicher zu sein, müssen sie mehr FBOTs finden und studieren. „Beobachtungen von mehr FBOTs und ihrer Umgebung werden diese Frage beantworten“, sagte Margutti.
Es kann sich herausstellen, dass es dank ihrer hellen Funkstöße nicht außergewöhnlich schwierig sein wird, weitere FBOTS zu finden. Das bevorstehende Vera Rubin Vermessungsteleskop ist bereit, viele Supernovae zu entdecken: Vielleicht findet es einige FBOTs.
Eine Grafik aus dem Papier, das den Koala untersucht. Es vergleicht die Radioemissionen von Koala, The Cow und CSS161010 und anderen Quellen von Radioemissionen. Gelbe Linien sind Gammastrahlenausbrüche, violette Linien sind Gezeitenunterbrechungsereignisse (wenn ein Schwarzes Loch einen Stern zerstört), hellblau sind Supernovae und rote sind eine andere besondere Art von Supernova. Die drei schwarzen Linien stellen die drei FBOTs dar und zeigen helle Funkemissionen. Bildquelle: Ho et al., 2020.
„Während sich FBOTs als seltener und schwerer zu finden erwiesen haben, als einige von uns erhofft hatten, sind sie im Radioband auch viel heller als wir vermuten, sodass wir auch über weit entfernte Ereignisse ziemlich umfassende Daten liefern können.“ sagte Daniel Perley, Co-Autor des Papiers über den Koala, von der Liverpool John Moores University.
Mehr:
- Pressemitteilung: Astronomen entdecken neue Klasse kosmischer Explosionen
- Forschungsbericht: Ein leicht relativistischer Abfluss des energetischen, schnell ansteigenden blauen optischen Transienten CSS161010 in einer Zwerggalaxie
- Forschungsbericht: Der Koala: Ein schneller blauer optischer Transient mit leuchtender Radioemission von einer Starburst-Zwerggalaxie atMit= 0,27