Heilige Kuh! Astronomen agglomerieren bei der mysteriösen neuen Supernova

Ein Ereignis namens „Cow“, das die Astronomie seit Juni erschüttert, bietet wahrscheinlich einen genauen Blick auf die Geburt eines Neutronensterns oder eines Schwarzen Lochs.

Für viele Astronomen wird 2018 als das Jahr der Kuh in Erinnerung bleiben – nach dem Spitznamen einer spektakulären Sternexplosion, die sie seit Monaten beschäftigt.

Das ungewöhnliche Ereignis hat ein beispielloses Fenster zum Zusammenbruch eines Sterns geöffnet, wie zwei Forscherteams in Papieren vorschlagen, die am 25. Oktober beim arXiv Preprint-Server eingereicht wurden.

Im Gegensatz zum langsamen Hochfahren einer typischen Supernova wurde die Kuh erstaunlich hell, im Wesentlichen über Nacht, was die Astronomen verwirrt machte.

„Es tauchte aus dem Nichts auf“, sagt Stephen Smartt, ein Astronom an der Queen’s University Belfast, Großbritannien, der die Explosion zuerst entdeckte und sie nach einem alphabetischen Protokoll benannte, das gerade das Wort „Kuh“ buchstabierte.

Dies ist „der Traum“ für diejenigen, die Sternexplosionen studieren, fügt Raffaella Margutti hinzu, eine Astrophysikerin an der Northwestern University in Evanston, Illinois, die eines der Teams hinter den letzten beiden Papieren leitete.

Zentralmotor
Durch unabhängige Beobachtungen sind die beiden Gruppen hinter den neuesten Papieren nun zu dem gleichen Schluss gekommen: dass ein „Zentralmotor“ den explodierenden Stern seit Monaten von innen her bewegt und dass die Energie entweder aus einem neu gebildeten Schwarzen Loch bei der Akkumulation von Materie oder der frenetischen Drehung eines Neutronensterns stammen muss.

Schwarze Löcher und Neutronensterne werden beide geboren, wenn massive Sterne das Ende ihres Lebens erreichen. Explosionen wie die „Kuh“ – technisch gesehen – könnte die Veranstaltung AT2018kuh einige der direktesten Beweise für diese Art der Geburt liefern, sagt Mansi Kasliwal, Astronom am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. „Ich denke, das sagt uns, wie wir die extremsten Inkarnationen von massiven Sternexplosionen verstehen können.“

Iair Arcavi, Astrophysiker an der University of California, Santa Barbara, ist beeindruckt von der Qualität der neuesten Ergebnisse und der Fremdartigkeit der Veranstaltung. „So ziemlich alles an seiner Emission ist etwas, was wir noch nie zuvor gesehen haben“, sagt er.

Die Geschichte, wie die Kuh entdeckt wurde, beginnt am 16. Juni, als ein Kollege Smartt einen hellen Stern an einer Stelle markierte, an der es nur wenige Tage zuvor nichts gab.

Stellare Anomalie
Zuerst diskontierte Smartt den Effekt als unauffälliges stellares Leuchtfeuer in der Milchstraße. Aber dann erkannte er, dass es wahrscheinlich viel weiter entfernt war, in einer Galaxie namens CGCG 137-068, die bekanntermaßen etwa 60 Megaparsecs (200 Millionen Lichtjahre) entfernt war.

„Es war Sonntagabend um 23 Uhr, und ich sagte mir: „Ich erzähle es besser allen.““ Er schickte eine Warnung durch das Telegramm des Astronomen, einen Dienst zur Meldung und Kommentierung von transienten astronomischen Beobachtungen.

Sofortige Nachuntersuchungen bestätigten, dass das Objekt ein entferntes war und daher erstaunlich hell sein musste. (Es leuchtete hell genug, dass trotz seiner Entfernung auch eine Reihe von Amateurastronomen es sehen konnten.)

Und das war keine gewöhnliche Supernova: Sie erreichte ihre höchste Helligkeit in Tagen, nicht in Wochen. „Jeder schreibt auf, was er bis zu diesem Zeitpunkt getan hat“ und beginnt Cow zu folgen, sagt Daniel Perley, Astrophysiker an der Liverpool John Moores University, Großbritannien.

Perley und seine Mitarbeiter befahlen ein robotergestütztes Teleskop auf La Palma, einer der Kanarischen Inseln Spaniens, um die Kuh fast jede Nacht anderthalb Monate lang zu beobachten. Sie benutzten auch eine Reihe anderer Teleskope rund um den Globus, die zu einem Netzwerk gehören, das Kasliwal speziell für diese Art von Folgestudie entwickelt hat.

Der Beweis, den das Team sammelte – meist im optischen Spektrum – schien auf ein bestehendes Schwarzes Loch zu verweisen, das einen Stern auseinanderreißt, eine Beobachtung, die sie im August online veröffentlichten. Um sich jedoch ein vollständiges Bild von den energetischen Ereignissen zu machen, mussten die Forscher das Spektrum der elektromagnetischen Energie weiter betrachten, von Radiowellen bis hin zu γ Strahlen.

Nur wenige Tage nach Smartt’s Entdeckung bewegte sich Anna Ho, eine weitere Astronomin in Caltech, schnell, um Cow im Frequenzspektrum zu beobachten. In einer stellaren Explosion senden geladene Teilchen Radiowellen aus, während sie sich in starken Magnetfeldern spiralen, und ihre Wellenlängen dehnen sich mit der Ausbreitung des Materials aus.

Ho erkannte, dass sie eine seltene Gelegenheit haben könnte, kurze Wellenlängen – eine nur einen Millimeter oder weniger – zu beobachten, da sich das Material schnell ausbreitet, und so ist es unwahrscheinlich, dass Astronomen Ereignisse frühzeitig erfassen, um kurzwellige Emissionen zu sehen.

Frühe Beobachtungen im Juni durch ihre Gruppe und andere fanden Emissionen im Sub-Millimeter-Bereich, so dass sie einen Notfall-Vorschlag an das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in den chilenischen Anden machte, wo die Beobachtungszeit extrem wettbewerbsfähig ist.

Merkwürdiger und merkwürdiger
In den nächsten Wochen beobachteten Ho und ihre Mitarbeiter das Spektrum der Millimeter-Emissionen der Veranstaltung bei ihrer Entwicklung. Ihre Beobachtungen ergaben, dass sich die Materie bis zu einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit nach außen ausdehnte.

Aber im Gegensatz zu einer gewöhnlichen Supernova dauerte diese kurzwellige Strahlung wochenlang und zeigte das Vorhandensein eines Mittelmotors – eines Schwarzen Lochs oder eines sich drehenden Neutronensterns. „Wir konnten zeigen, dass es mit keinem der üblichen Mechanismen vereinbar ist“, sagt Ho.

Margutti und ihre Kollegen nutzten unterdessen einen vorab genehmigten Vorschlag, den Margutti gemacht hatte, um „flüchtige“ Ereignisse mit dem Röntgenteleskop NuSTAR der NASA zu beobachten, um die Kuh schnell zu beobachten.

Beobachtungen an NuSTAR und anderen Teleskopen führten das Team zu dem Schluss, dass das Ereignis höchst ungewöhnlich war. Insbesondere die Röntgenspektren zeigten, dass sie von innen wieder erwärmt wurden. Auch dies deutet auf ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern hin, der das Ereignis antreibt – obwohl es noch zu früh ist, um zu entscheiden, welches. „Wir haben die Entstehung eines kompakten Objekts in Echtzeit gesehen“, sagt sie.

Astrophysiker sehen das normalerweise nicht, fügt Margutti hinzu, denn die Wiedererwärmung wird durch eine Materialwolke verdeckt, die die Explosion in ihren Anfängen ausstieß. „Der Vorteil von Cow ist, dass hier der zentrale Motor fast nackt war.“

Margutti hofft, dass die Astronomen eine Reihe dieser Ereignisse beobachten und so beginnen, die Bedingungen festzulegen, die zu einem Ergebnis führen. „Das Spiel beginnt jetzt.“

Dieser Artikel wird mit Genehmigung reproduziert und wurde erstmals am 2. November 2018 veröffentlicht.

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