Gruppe von Teleskopen findet Röntgenstrahler in mysteriöser Supernova

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Die hochenergetischen Weltraumteleskope Integral und XMM-Newton der ESA haben geholfen, eine Quelle leistungsstarker Röntgenstrahlen im Zentrum einer beispiellos hellen und sich schnell entwickelnden Sternexplosion zu finden, die Anfang dieses Jahres plötzlich am Himmel auftauchte.

Das ATLAS-Teleskop auf Hawaii entdeckte das Phänomen erstmals am 16. Juni, seither AT2018cow genannt. Bald darauf richteten Astronomen auf der ganzen Welt viele weltraum- und bodengestützte Teleskope auf das neu entdeckte Himmelsobjekt, das sich in einer etwa 200 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie befand.

Sie erkannten schnell, dass dies etwas ganz Neues war. In nur zwei Tagen übertraf das Objekt die Helligkeit einer zuvor beobachteten Supernova – eine gewaltige Explosion eines alternden massiven Sterns, der den größten Teil seines Materials in den umgebenden Raum vertreibt und den interstellaren Staub und die Gase in seiner Umgebung auffängt.

Ein neues Papier, das zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen wurde, präsentiert die Beobachtungen aus den ersten 100 Tagen der Existenz des Objekts und deckt das gesamte elektromagnetische Spektrum der Explosion von Radiowellen bis hin zu Gammastrahlen ab.

Die Analyse, die Beobachtungen von ESAs Integral- und XMM-Newton- sowie NASAs NuSTAR- und Swift-Weltraumteleskopen beinhaltet, fand eine Quelle hochenergetischer Röntgenstrahlen, die tief in der Explosion sitzen.

Das Verhalten dieser Quelle oder des Motors, wie in den Daten gezeigt, deutet darauf hin, dass das seltsame Phänomen entweder ein aufkommendes Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern mit einem starken Magnetfeld sein könnte, der das umgebende Material ansaugt.

„Die spannendste Interpretation ist, dass wir vielleicht zum ersten Mal die Geburt eines Schwarzen Lochs oder eines Neutronensterns gesehen haben“, sagt Raffaella Margutti von der Northwestern University, USA, Hauptautorin der Arbeit.

„Wir wissen, dass sich schwarze Löcher und Neutronensterne bilden, wenn Sterne als Supernova zusammenbrechen und explodieren, aber noch nie zuvor haben wir einen direkt zum Zeitpunkt der Geburt gesehen“, fügt Indrek Vurm, Co-Autor am Tartu Observatorium, Estland, hinzu, der an der Modellierung der Beobachtungen arbeitete.

Die AT2018kuhexplosion war nicht nur 10 bis 100 Mal heller als jede andere Supernova, die zuvor beobachtet wurde, sondern erreichte auch die Spitzenleuchtstärke viel schneller als jedes andere zuvor bekannte Ereignis – in nur wenigen Tagen im Vergleich zu den üblichen zwei Wochen.

Integral machte seine ersten Beobachtungen des Phänomens etwa fünf Tage nach seiner Meldung und überwachte es 17 Tage lang. Seine Daten erwiesen sich als entscheidend für das Verständnis des fremden Objekts.

„Integral deckt einen Wellenlängenbereich ab, der von keinem anderen Satelliten abgedeckt wird“, sagt Erik Kuulkers, Integral-Projektwissenschaftler bei der ESA. „Wir haben eine gewisse Überschneidung mit NuSTAR im hochenergetischen Röntgenbereich des Spektrums, aber wir können auch höhere Energien sehen.“

Während also die Daten von NuSTAR das Spektrum der harten Röntgenstrahlung sehr detailliert offenbarten, konnten die Astronomen mit Integral das Spektrum der Quelle vollständig sehen, einschließlich ihrer Obergrenze bei weichen Gammastrahlenenergien.

„Wir haben eine Art Buckel mit einer scharfen Grenze im Spektrum am Hochenergieende gesehen“, sagt Volodymyr Savchenko, Astronom an der Universität Genf, Schweiz, der an den Integraldaten arbeitete. „Diese Beule ist eine zusätzliche Komponente der durch diese Explosion freigesetzten Strahlung, die durch ein undurchsichtiges oder optisch dickes Medium scheint.“

„Diese hochenergetische Strahlung kam höchstwahrscheinlich aus einem Gebiet mit sehr heißem und dichtem Plasma, das die Quelle umgibt“, ergänzt Carlo Ferrigno, ebenfalls von der Universität Genf.

Da Integral die AT2018-Kuhexplosion über einen längeren Zeitraum überwachte, konnten die Daten auch zeigen, dass das hochenergetische Röntgensignal allmählich nachließ.

Raffaella erklärt, dass diese hochenergetische Röntgenstrahlung, die verschwunden ist, die so genannte wiederaufbereitete Strahlung war – Strahlung aus der Quelle, die mit dem durch die Explosion ausgeworfenen Material interagiert. Während sich das Material vom Zentrum der Explosion wegbewegt, schwindet das Signal allmählich und verschwindet schließlich vollständig.

In diesem Signal konnten die Astronomen jedoch typische Muster eines Objekts finden, das Materie aus seiner Umgebung aufnimmt – entweder ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern.

„Das ist das Ungewöhnlichste, was wir bei AT2018cow beobachtet haben, und es ist definitiv etwas Neues in der Welt der explosiven transienten astronomischen Ereignisse“, sagt Raffaella.

Unterdessen betrachtete XMM-Newton diese ungewöhnliche Explosion zweimal in den ersten 100 Tagen ihrer Existenz. Sie erkannte den niederenergetischen Teil ihrer Röntgenstrahlung, der nach Angaben der Astronomen direkt vom Motor im Kern der Explosion kommt. Im Gegensatz zu den hochenergetischen Röntgenstrahlen aus dem umgebenden Plasma sind die niederenergetischen Röntgenstrahlen aus der Quelle noch sichtbar.

Die Astronomen planen, in Zukunft mit XMM-Newton eine Nachbeobachtung durchzuführen, die es ihnen ermöglicht, das Verhalten der Quelle über einen längeren Zeitraum genauer zu verstehen.

„Wir analysieren weiterhin die XMM-Newton-Daten, um zu versuchen, die Art der Quelle zu verstehen“, sagt Co-Autor Giulia Migliori von der Universität Bologna, Italien, die an den Röntgendaten arbeitete. „Anwachsende schwarze Löcher hinterlassen charakteristische Spuren in der Röntgenaufnahme, die wir vielleicht in unseren Daten erkennen können.“

„Dieses Ereignis war völlig unerwartet und zeigt, dass es vieles gibt, was wir nicht ganz verstehen“, sagt Norbert Schartel, Projektwissenschaftler der ESA für XMM-Newton. „Ein Satellit, ein Instrument allein, würde ein so komplexes Objekt nie verstehen können. Die detaillierten Erkenntnisse, die wir über das Innenleben der mysteriösen AT2018-Kuhexplosion gewinnen konnten, waren nur durch die breite Zusammenarbeit und Kombination vieler Teleskope möglich.“

Mehr Informationen:
Eine eingebettete Röntgenquelle leuchtet durch die asphärische AT2018cow: Sie enthüllt das Innenleben der leuchtendsten, sich schnell entwickelnden optischen Transienten arxiv.org/abs/1810.10720.

tekk.tv

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