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Astronomen entdeckten kollidierende Neutronensterne, die einen Magnetar gebildet haben könnten

15. Dezember 2020 | Allgemein | Grenzwissenschaften | Natur | Umwelt | Wissenschaft | Forschung | connectiv.events

 

Eine überraschend helle kosmische Explosion könnte die Geburt eines Magnetars markiert haben. Sollte dies der Fall sein, wäre es das erste Mal, dass Astronomen die Entstehung eines solchen schnell rotierenden, extrem magnetisierten Sternkörpers beobachtet haben.

Der gleißende Lichtblitz entstand, als zwei Neutronensterne kollidierten und zu einem massiven Objekt verschmolzen, berichten die Astronomen in einer kommenden Ausgabe des Astrophysical Journal. Obwohl das besonders helle Licht bedeuten könnte, dass ein Magnetar entstanden ist, sind auch andere Erklärungen möglich, sagen die Forscher.

Die Astrophysikerin Wen-fai Fong von der Northwestern University in Evanston, Illinois, und seine Kollegen entdeckten den Ort des Zusammenstoßes des Neutronensterns erstmals am 22. Mai als Ausbruch von Gammastrahlung, der mit dem Neil-Grels-Swift-Observatorium der NASA in der Umlaufbahn beobachtet wurde. Nachfolgende Beobachtungen im Röntgen-, sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich des Lichts zeigten, dass die Gammastrahlen von einem charakteristischen Glühen begleitet wurden, das als sogenannte Kilonova bezeichnet wird.

Man nimmt an, dass Kilonovas entstehen, wenn zwei Neutronensterne, die ultradichten Kerne von toten Sternen, kollidieren und verschmelzen. Bei der Verschmelzung wird neutronenreiches Material um die Kollisionsstelle herum geschleudert, „das man sonst nirgendwo im Universum sieht“, sagt Fong. Dieses Material produziert schnell instabile schwere Elemente, und diese Elemente zerfallen bald, heizen die Neutronenwolke auf und lassen sie im optischen und infraroten Licht leuchten (SN: 23.10.19).

Astronomen denken, dass sich Kilonovas immer dann bilden, wenn zwei Neutronensterne miteinander verschmelzen. Aber Verschmelzungen erzeugen auch anderes, helleres Licht, das das Kilonova-Signal überlagern kann. Infolgedessen haben Astronomen bisher nur eine definitive Kilonova gesehen, im August 2017, obwohl es weitere potenzielle Kandidaten gibt (SN: 16.10.17).

 

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Das Leuchten, das Fongs Team sah, stellte die Kilonova von 2017 jedoch in den Schatten. „Es ist potenziell die leuchtendste Kilonova, die wir je gesehen haben“, erklärt Fong. „Sie durchbricht im Grunde unser Verständnis von den Leuchtkräften und Helligkeiten, die Kilonovae haben sollten.“

Den größten Helligkeitsunterschied gab es im Infrarotlicht, das vom Hubble-Weltraumteleskop etwa 3 und 16 Tage nach dem Gammastrahlenausbruch gemessen wurde. Dieses Licht war zehnmal so hell wie Infrarotlicht, das bei früheren Neutronensternverschmelzungen beobachtet wurde.

„Das war der wirklich augenöffnende Moment, und das war der Zeitpunkt, an dem wir uns darum bemühten, eine Erklärung zu finden“, sagt Fong. „Wir mussten eine zusätzliche Quelle [von Energie] finden, die diese Kilonova antreibt.“

Die bevorzugte Erklärung ist, dass der Crash einen Magnetar erzeugt hat, eine Art Neutronenstern. Normalerweise, wenn Neutronensterne verschmelzen, ist der Mega-Neutronenstern, den sie produzieren, zu schwer, um zu überleben. Fast sofort erliegt der Stern den starken Gravitationskräften und erzeugt ein Schwarzes Loch.

Wenn der supermassive Neutronenstern aber schnell rotiert und stark magnetisch geladen ist (also ein Magnetar ist), könnte er sich vor dem Kollaps retten. Sowohl die Unterstützung seiner eigenen Rotation als auch die Abgabe von Energie und damit von Masse an die umgebende neutronenreiche Wolke könnten den Stern davor bewahren, zu einem Schwarzen Loch zu werden, vermuten die Forscher. Diese zusätzliche Energie wiederum würde die Wolke dazu bringen, mehr Licht abzugeben – das zusätzliche Infrarot-Glühen, das Hubble entdeckt hat.

Aber es gibt andere mögliche Erklärungen für das besonders helle Licht, sagt Fong. Wenn die kollidierenden Neutronensterne ein Schwarzes Loch erzeugt haben, könnte dieses Schwarze Loch einen Jet aus geladenem Plasma ausgestoßen haben, der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt (SN: 22.2.19). Die Details, wie der Jet mit dem neutronenreichen Material um die Kollisionsstelle herum wechselwirkt, könnten auch das zusätzliche Kilonova-Glühen erklären.

Wenn ein Magnetar erzeugt wurde, „könnte uns das etwas über die Stabilität von Neutronensternen sagen und wie massiv sie werden können“, erläutert Fong. „Wir kennen die maximale Masse von Neutronensternen nicht, aber wir wissen, dass sie in den meisten Fällen [nach einer Verschmelzung] zu einem Schwarzen Loch kollabieren würden. Wenn ein Neutronenstern überlebt hat, sagt uns das etwas darüber, unter welchen Bedingungen ein Neutronenstern existieren kann.“

Einen Baby-Magnetar zu finden, wäre aufregend, findet der Astrophysiker Om Sharan Salafia vom italienischen Nationalen Institut für Astrophysik in Merate, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war. „Ein neugeborener hochmagnetisierter, stark rotierender Neutronenstern, der aus der Verschmelzung zweier Neutronensterne entsteht, wurde noch nie beobachtet“.

 

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Aber auch er ist der Meinung, dass es noch zu früh ist, um andere Erklärungen auszuschließen. Außerdem deuten aktuelle Computersimulationen darauf hin, dass es schwierig sein könnte, einen neugeborenen Magnetar zu sehen, selbst wenn er sich gebildet hätte. „Ich würde nicht sagen, dass die Sache damit erledigt ist.“

Die Beobachtung, wie sich das Licht des Objekts in den nächsten vier Monaten bis sechs Jahren verhält, haben Fong und Kollegen berechnet, wird beweisen, ob ein Magnetar geboren wurde oder nicht.

Fong selbst plant, das mysteriöse Objekt noch lange mit bestehenden und zukünftigen Observatorien zu verfolgen. „Ich werde das verfolgen, bis ich alt und grau bin, wahrscheinlich.Ich werde meine Studenten darin ausbilden – und deren Studenten.“


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