Ein Stern explodierte als Supernova und kollabierte dann zu einem Neutronenstern. Aber nur ein Bruchteil seiner Materie wurde veröffentlicht

Seit fast einem Jahrhundert untersuchen Astronomen Supernovae mit großem Interesse. Diese wundersamen Ereignisse finden statt, wenn ein Stern in die letzte Phase seiner Lebensdauer eintritt und kollabiert oder von einem Begleitstern seiner äußeren Schichten bis zu dem Punkt beraubt wird, an dem er einen Kernkollaps erleidet. In beiden Fällen führt dieses Ereignis normalerweise zu einer massiven Freisetzung von Material, das ein paar Mal so groß ist wie die Masse unserer Sonne.

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat jedoch kürzlich eine Supernova beobachtet, die überraschend schwach und kurz . Ihre Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Supernova von einem unsichtbaren Begleiter verursacht wurde, wahrscheinlich einem Neutronenstern, der seinem Begleiter die Materie entzog, wodurch er kollabierte und zur Supernova wurde. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler die Geburt eines kompakten Neutronenstern-Doppelsystems miterlebt haben.

Die Studie mit dem Titel „ Eine heiße und schnelle ultra-gestrippte Supernova, die wahrscheinlich einen kompakten Neutronenstern-Doppelstern bildete “, erschien kürzlich in der ZeitschriftWissenschaft. Die Studie wurde von Kishalay De, einem Doktoranden der Abteilung für Astrophysik des Caltech, geleitet und umfasste Mitglieder des Goddard Space Flight Center und des Jet Propulsion Laboratory der NASA. Das Weizmann Institute of Science , das Max-Planck-Institut für Astrophysik , das Lawrence Berkeley National Laboratory , sowie mehrere Universitäten und Observatorien.

Von links nach rechts, Bilder, die die Momente vor, während und nach der schwachen Supernova iPTF14gqr (sichtbar im mittleren Feld) zeigen. Bildnachweis: SDSS/Caltech/Keck

Die Forschung des Teams wurde hauptsächlich im Labor von Mansi Kasliwal , Assistenzprofessor für Astronomie am Caltech und Co-Autor der Studie. Sie ist auch die leitende Ermittlerin des Caltech-geführten Globales Relais von Observatorien, das das Auftreten von Transienten beobachtet (GROWTH)-Projekt, eine internationale astronomische Zusammenarbeit, die sich auf die Untersuchung der Physik vorübergehender (kurzlebiger) Ereignisse konzentriert – d. h. Supernovae, Neutronensterne, Verschmelzungen schwarzer Löcher und erdnaher Asteroiden.

Für ihre Studie beobachtete das Team das als iPTF 14gqr bekannte Supernova-Ereignis, das am Rande einer Spiralgalaxie etwa 920 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt auftrat. Bei ihren Beobachtungen stellten sie fest, dass bei der Supernova eine vergleichsweise bescheidene Menge an Materie freigesetzt wurde – etwa ein Fünftel der Sonnenmasse. Dies war eine ziemliche Überraschung, wie Kasliwali kürzlich in einem Caltech . andeutete Pressemitteilung :

„Wir sahen, wie der Kern dieses massiven Sterns zusammenbrach, aber wir sahen bemerkenswert wenig Masse ausgestoßen. Wir nennen dies eine Supernova mit ultragestreifter Hülle, und es wurde lange vorhergesagt, dass sie existieren. Dies ist das erste Mal, dass wir überzeugend den Kernkollaps eines masselosen Sterns sehen.“

Dieses Ereignis war ungewöhnlich, denn damit Sterne kollabieren müssen, müssen ihre Kerne zuvor von riesigen Mengen an Material umhüllt sein. Dies warf die Frage auf, wohin die masselosen Sterne gegangen sein könnten. Aufgrund ihrer Beobachtungen stellten sie fest, dass ein kompakter Begleiter (entweder ein Weißer Zwerg oder ein Neutronenstern) ihn im Laufe der Zeit abgeschöpft haben muss.

Fusionen zwischen Neutronensternen erzeugen starke Gammastrahlenausbrüche, schwere Elemente und Gravitationswellen. Bildnachweis: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.

Dieses Szenario führt zu Supernovae vom Typ I, die in einem Doppelsystem aus einem Neutronenstern und einem Roten Riesen auftreten. In diesem Fall konnte das Team den Neutronenstern-Begleiter nicht entdecken, argumentierte jedoch, dass er sich in der Umlaufbahn mit dem anderen Stern gebildet haben muss und somit das ursprüngliche Doppelsternsystem gebildet hat. In der Tat bedeutet dies, dass das Team durch die Beobachtung von iPTF 14gqr die Geburt eines Doppelsternsystems aus zwei kompakten Neutronensternen miterlebte.

Darüber hinaus bedeutet die Tatsache, dass diese beiden Neutronensterne so nah beieinander liegen, dass sie irgendwann zu einem ähnlichen Ereignis wie 2017 verschmelzen werden. Kilonova-Ereignis “ war diese Verschmelzung das erste kosmische Ereignis, das sowohl in Gravitationswellen als auch in elektromagnetischen Wellen beobachtet wurde. Folgebemerkungen deuteten auch darauf hin, dass der Zusammenschluss wahrscheinlich zu dem Bildung eines Schwarzen Lochs .

Dies schafft Möglichkeiten für zukünftige Umfragen, bei denen iPTF 14gqr beobachtet wird, um zu sehen, ob ein weiteres Kilonova-Ereignis resultiert und ein weiteres Schwarzes Loch erzeugt. Darüber hinaus war die Tatsache, dass das Team das Ereignis überhaupt beobachten konnte, ein Glücksfall, da diese Phänomene sowohl selten (nur 1 % der Supernova-Ereignisse) als auch kurzlebig sind. Als De erklärt :

„Man braucht schnelle transiente Vermessungen und ein gut koordiniertes Netzwerk von Astronomen weltweit, um die Frühphase einer Supernova wirklich zu erfassen. Ohne Daten in den Kinderschuhen hätten wir nicht den Schluss ziehen können, dass die Explosion im kollabierenden Kern eines massereichen Sterns mit einer Hülle von etwa dem 500-fachen Sonnenradius entstanden sein muss.“

Künstlerische Illustration zweier verschmelzender Neutronensterne, die der Anlass für das „Kilonova“-Ereignis 2015 war. Kredit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Das Ereignis wurde zuerst von der Palomar-Observatorium Im Rahmen des Zwischen Palomar Transient Factory (iPTF) – eine wissenschaftliche Zusammenarbeit, bei der Observatorien auf der ganzen Welt den Kosmos auf kurzlebige kosmische Ereignisse wie Supernovae überwachen. Dank der nächtlichen Durchmusterungen des iPTF konnte das Palomar-Teleskop iPTF 14gqr sehr kurz nach dem Übergang zur Supernova entdecken.

Die Zusammenarbeit stellte auch sicher, dass das Palomar-Teleskop es (aufgrund der Erdrotation) nicht mehr sehen konnte, dass andere Observatorien es weiterhin überwachen und seine Entwicklung verfolgen konnten. Blick nach vorn, die Übergangseinrichtung Zwicky (das Nachfolger des Palomar-Observatoriums für das iPTF) wird noch häufigere und umfassendere Himmelsdurchmusterungen durchführen, in der Hoffnung, mehr dieser seltenen Ereignisse zu entdecken.

Diese Untersuchungen werden es Astronomen in Abstimmung mit Folgemaßnahmen von Netzwerken wie GROWTH ermöglichen, zu untersuchen, wie sich kompakte Doppelsysteme entwickeln. Dies wird nicht nur zu einem besseren Verständnis der Interaktion dieser Objekte führen, sondern auch zu einem besseren Einblick in die Entstehung von Gravitationswellen und bestimmten Arten von Schwarzen Löchern.

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