Heilige Scheiße! Mysteriöse Explosion mit NASA-Teleskopen untersucht

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Ein kurzer und ungewöhnlicher Blitz, der am 16. Juni 2018 am Nachthimmel entdeckt wurde, verwirrte Astronomen und Astrophysiker auf der ganzen Welt. Die Veranstaltung – genannt AT2018cow und nach den zufälligen letzten Buchstaben in ihrem offiziellen Namen „die Kuh“ genannt – ist anders als jeder himmlische Ausbruch, der jemals zuvor gesehen wurde, was zu mehreren Theorien über ihre Herkunft führte.

Während drei Tagen erzeugte die Kuh eine plötzliche Explosion des Lichts, die mindestens zehnmal heller war als eine typische Supernova, und dann verblasste sie in den nächsten Monaten. Dieses ungewöhnliche Ereignis ereignete sich innerhalb oder in der Nähe einer sternbildenden Galaxie namens CGCG 137-068, die sich etwa 200 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Herkules befindet. Die Kuh wurde zum ersten Mal vom von der NASA finanzierten Asteroid Terrestrial Impact Last Alert System Teleskop auf Hawaii beobachtet.

Also, was genau ist die Kuh? Unter Verwendung von Daten aus mehreren NASA-Missionen, darunter dem Neil Gehrels Swift Observatorium und dem Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), veröffentlichen zwei Gruppen Arbeiten, die mögliche Erklärungen für die Herkunft der Kuh liefern. Ein Papier argumentiert, dass die Kuh ein schwarzes Monsterloch ist, das einen vorbeiziehenden Stern zerfetzt. Das zweite Papier geht davon aus, dass es sich um eine Supernova – eine stellare Explosion – handelt, die ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern hervorgebracht hat.

Forscher aus beiden Teams tauschten ihre Interpretationen in einer Podiumsdiskussion am Donnerstag, den 10. Januar, auf dem 233. Treffen der American Astronomical Society in Seattle aus.

Ein schwarzes Loch zerkleinert einen Compact Star?

Eine mögliche Erklärung für die Kuh ist, dass ein Stern in einem so genannten „Tidal Disruption Event“ zerrissen wurde. So wie die Schwerkraft des Mondes die Ozeane der Erde wölben lässt und Gezeiten erzeugt, hat ein schwarzes Loch eine ähnliche, aber stärkere Wirkung auf einen sich nähernden Stern und bricht ihn schließlich in einen Gasstrom auseinander. Der Schwanz des Gasstroms wird aus dem System geschleudert, aber die Vorderkante schwingt zurück um das Schwarze Loch, kollidiert mit sich selbst und erzeugt eine elliptische Materialwolke. Laut einem Forschungsteam, das Daten von Infrarotstrahlung bis hin zu Gammastrahlung von Swift und anderen Observatorien verwendet, erklärt diese Transformation am besten das Verhalten der Kuh.

„Wir haben noch nie etwas genaues wie die Kuh gesehen, was sehr aufregend ist“, sagte Amy Lien, eine Forschungsassistentin an der University of Maryland, Baltimore County und NASAs Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. „Wir denken, dass eine Gezeitenstörung den schnellen, wirklich ungewöhnlichen Lichtschlag zu Beginn der Veranstaltung verursacht hat und erklären am besten die Multiwellenlängen-Beobachtungen von Swift, als sie in den nächsten Monaten verblassten.“

Lien und ihre Kollegen denken, dass der geschredderte Stern ein weißer Zwerg war – ein heißer, etwa erdgroßer sternförmiger Überrest, der den Endzustand von Sternen wie unserer Sonne markiert. Sie berechneten auch, dass die Masse des Schwarzen Lochs zwischen dem 100.000- und 1 Millionfachen der Sonnenmasse liegt, fast so groß wie das zentrale Schwarze Loch seiner Wirtsgalaxie. Es ist ungewöhnlich, Schwarze Löcher dieser Größenordnung außerhalb des Zentrums einer Galaxie zu sehen, aber es ist möglich, dass die Kuh in einer nahegelegenen Satellitengalaxie oder einem Kugelsternhaufen auftrat, dessen ältere Sternpopulationen einen höheren Anteil an Weißen Zwergen als durchschnittliche Galaxien aufweisen könnten.

Ein von Lien mitverfasstes Papier, das die Ergebnisse beschreibt, wird in einer zukünftigen Ausgabe der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erscheinen.

„Die Kuh produzierte in kürzester Zeit eine große Trümmerwolke“, sagte der Hauptautor Paul Kuin, Astrophysiker am University College London (UCL). „Einen größeren Stern zu zerkleinern, um eine Wolke wie diese zu erzeugen, würde ein größeres Schwarzes Loch erfordern, zu einem langsameren Helligkeitsanstieg führen und länger dauern, bis die Trümmer verbraucht sind.“

Oder eine neue Sicht auf eine Supernova?

Ein anderes Team von Wissenschaftlern konnte Daten über die Kuh über einen noch breiteren Wellenlängenbereich sammeln, der von Radiowellen bis hin zu Gammastrahlen reicht. Basierend auf diesen Beobachtungen schlägt das Team vor, dass eine Supernova die Quelle der Kuh sein könnte. Wenn ein massiver Stern stirbt, explodiert er als Supernova und hinterlässt entweder ein schwarzes Loch oder ein unglaublich dichtes Objekt namens Neutronenstern. Die Kuh könnte die Geburt eines dieser sternenförmigen Überreste darstellen.

„Wir sahen Merkmale in der Kuh, die wir noch nie zuvor in einem flüchtigen oder sich schnell ändernden Objekt gesehen haben“, sagte Raffaella Margutti, eine Astrophysikerin an der Northwestern University in Evanston, Illinois, und Hauptautorin einer Studie über die Kuh, die im Astrophysical Journal veröffentlicht werden sollte. „Unser Team verwendete hochenergetische Röntgendaten, um zu zeigen, dass die Kuh ähnliche Eigenschaften wie ein kompakter Körper wie ein Schwarzes Loch oder Neutronenstern verbrauchendes Material aufweist. Aber basierend auf dem, was wir in anderen Wellenlängen gesehen haben, denken wir, dass dies ein Sonderfall war, den wir vielleicht zum ersten Mal beobachtet haben – die Schaffung eines kompakten Körpers in Echtzeit.“

Margutti’s Team analysierte Daten von mehreren Observatorien, darunter NuSTAR der NASA, XMM-Newton- und INTEGRAL-Satelliten der ESA (der Europäischen Weltraumorganisation) und das Very Large Array der National Science Foundation. Das Team schlägt vor, dass der helle optische und ultraviolette Blitz der Kuh eine Supernova signalisierte und dass die Röntgenstrahlung, die kurz nach dem Ausbruch folgte, aus gasabstrahlender Energie entstand, als sie auf ein kompaktes Objekt fiel.

Typischerweise blockiert die sich ausdehnende Schuttwolke einer Supernova jedes Licht vom kompakten Objekt in der Mitte der Explosion. Aufgrund der Röntgenemissionen schlagen Margutti und ihre Kollegen vor, dass der ursprüngliche Stern in diesem Szenario relativ massereich gewesen sein könnte und eine vergleichsweise dünnere Schuttwolke erzeugt, durch die Röntgenstrahlen aus der zentralen Quelle entweichen könnten.

„Wenn wir die Geburt eines kompakten Objekts in Echtzeit sehen, könnte dies der Beginn eines neuen Kapitels in unserem Verständnis von Sternenevolution sein“, sagte Brian Grefenstette, ein NuSTAR-Instrumentenwissenschaftler bei Caltech und Mitautor von Margutti’s Papier. „Wir haben dieses Objekt mit vielen verschiedenen Observatorien betrachtet, und je mehr Fenster man auf ein Objekt öffnet, desto mehr kann man darüber erfahren. Aber, wie wir bei der Kuh sehen, bedeutet das nicht unbedingt, dass die Lösung einfach sein wird.“

Mehr Informationen:
Schnelle Spektren der AT2018-Kuh: Ein Ereignis zur Unterbrechung der Weißen Zwergflut? arxiv.org/abs/1808.08492

tekk.tv

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