Neues Hubble-Bild enthüllt noch nie dagewesene Details der Neutronenstern-Kollision


Bereits im März richteten Astronomen das Hubble-Weltraumteleskop auf einen entfernten Punkt im Weltraum, an dem zwei Neutronensterne zusammengestoßen waren. Mit dem riesigen Auge von Hubble starrten sie 7 Stunden, 28 Minuten und 32 Sekunden lang auf diesen entfernten Punkt im Verlauf von sechs Umlaufbahnen des Teleskops um die Erde. Es war die längste Belichtung der Kollisionsstelle, die Astronomen als "tiefstes" Bild bezeichnen. Aber ihr Schuss, der mehr als 19 Monate nach dem Licht der Kollision auf die Erde fiel, sammelte keine Reste der Neutronenstern-Fusion. Und das sind großartige Neuigkeiten.

Diese Geschichte begann mit einem Wackeln am 17. August 2017. Eine Gravitationswelle, die 130 Millionen Lichtjahre durch den Weltraum gereist war, drängte die Laser im Laser-Interferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO), dem Gravitationswellendetektor, der die Wellen umspannt Globus. Dieses Signal folgte einem Muster, das Forschern mitteilte, dass es das Ergebnis der Fusion zweier Neutronensterne war – die erste Neutronenstern-Fusion, die jemals entdeckt wurde. Gravitationswellendetektoren können nicht sagen, aus welcher Richtung eine Welle kommt, aber sobald das Signal eintraf, schwangen Astronomen weltweit in Aktion und jagten den Nachthimmel nach der Quelle der Explosion. Sie fanden es bald: Ein Punkt am Rande einer als NGC4993 bekannten Galaxie hatte sich mit der "Kilonova" der Kollision entzündet – eine massive Explosion, die radioaktives Material in einer brillanten Lichtdarstellung schnell in den Weltraum schleudert.

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Einige Wochen später passierte NGC4993 die Sonne und tauchte erst etwa 100 Tage nach dem ersten Anzeichen der Kollision wieder auf. Zu diesem Zeitpunkt war die Kilonova verschwunden und enthüllte das "Nachleuchten" der Neutronenstern-Fusion – ein schwächer werdendes, aber länger anhaltendes Phänomen. Zwischen Dezember 2017 und Dezember 2018 nutzten die Astronomen den Hubble, um das Nachleuchten zehnmal zu beobachten, während es langsam verblasste. Dieses neueste Bild, das kein sichtbares Nachleuchten oder andere Anzeichen der Kollision zeigt, könnte das wichtigste sein.

"Wir waren in der Lage, ein wirklich genaues Bild zu machen, und es hat uns geholfen, einen Blick auf die 10 vorherigen Bilder zu werfen und eine wirklich genaue Zeitreihe zu erstellen", sagte Wen-fai Fong, ein Astronom an der Northwestern University, der diese neuesten bildgebenden Bemühungen leitete.

Diese "Zeitreihe" ergibt 10 klare Aufnahmen des Nachglühens, das sich im Laufe der Zeit entwickelt. Das letzte Bild der Serie, das diesen Punkt im Raum ohne Nachleuchten zeigt, ermöglichte es ihnen, zu den vorherigen Bildern zurückzukehren und das Licht von allen umgebenden Sternen abzuziehen. Nachdem das gesamte Sternenlicht entfernt worden war, blieben den Forschern beispiellose, äußerst detaillierte Bilder der Form und der Entwicklung des Nachglühens im Laufe der Zeit zurück.

So sehen die zehn vorherigen Bilder aus, von denen Fongs Bild abgezogen wurde.

(Bildnachweis: Wen-fai Fong et al., Hubble-Weltraumteleskop / NASA)

Das entstandene Bild sieht nicht nach etwas aus, das wir sehen würden, wenn wir nur mit unseren Augen in den Nachthimmel blicken, sagte Fong zu Live Science.

"Wenn zwei Neutronensterne verschmelzen, bilden sie ein schweres Objekt – entweder einen massiven Neutronenstern oder ein leichtes Schwarzes Loch – und sie drehen sich sehr schnell. Und Material wird entlang der Pole ausgeworfen", sagte sie.

Das Material hebt mit rasender Geschwindigkeit in zwei Säulen ab, eine vom Südpol und eine vom Norden, sagte sie. Wenn es sich von der Kollisionsstelle entfernt, stößt es gegen Staub und andere interstellare Weltraummüllteile, überträgt einen Teil seiner kinetischen Energie und bringt dieses interstellare Material zum Leuchten. Die beteiligten Energien sind intensiv, sagte Fong. Wenn dies in unserem Sonnensystem geschehen würde, würde es unsere Sonne bei weitem überstrahlen.

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Vieles davon war bereits aus früheren theoretischen Studien und Beobachtungen des Nachglühens bekannt, aber die wahre Bedeutung von Fongs Arbeit für die Astronomen besteht darin, den Kontext zu offenbaren, in dem die ursprüngliche Kollision stattgefunden hat.

"Dies ist eine schöne Arbeit. Sie zeigt, was wir in unserer Arbeit aus früheren Beobachtungen von Hubble vermutet hatten", sagte Joseph Lyman, ein Astronom an der Universität von Warwick in England, der eine frühere Untersuchung des Nachglühens leitete. "Der binäre Neutronenstern verschmolz nicht in einem Kugelhaufen."

Kugelhaufen sind Regionen mit einer Dichte an Sternen im Weltraum, teilte Lyman Live Science mit, der an den neuen Bemühungen nicht beteiligt war. Neutronensterne sind selten, und Neutronenstern-Binärdateien oder Paare von Neutronensternen, die sich gegenseitig umkreisen, sind noch seltener. Schon früh hatten Astronomen vermutet, dass die Verschmelzung von Neutronenstern-Binären am wahrscheinlichsten in Regionen des Weltraums auftauchen würde, in denen Sterne dicht gebündelt waren und wild umeinander schwangen. Lyman und seine Kollegen analysierten diese früheren Hubble-Daten und fanden Beweise, die möglicherweise nicht der Fall waren. Fongs Bild zeigte, dass kein Kugelhaufen gefunden werden kann, was zu bestätigen scheint, dass zumindest in diesem Fall eine Neutronensternkollision keine dichten Sternhaufen benötigt, um sich zu bilden.

Ein wichtiger Grund für die Untersuchung dieser Nachglut ist, so Fong, dass es uns helfen könnte, kurze Gammastrahlenausbrüche zu verstehen – mysteriöse Gammastrahlenexplosionen, die Astronomen gelegentlich im Weltraum entdecken.

"Wir glauben, dass diese Explosionen zwei Neutronensterne sein könnten, die zusammenwachsen", sagte sie.

Der Unterschied in diesen Fällen (zusätzlich zu den Astronomen, die keine Gravitationswellen entdecken, die ihre Natur bestätigen würden) ist der Winkel der Fusionen zur Erde.

Die Erde hatte eine Seitenansicht des Nachglühens dieser Fusion, sagte Fong. Wir müssen das Licht aufgehen sehen und dann mit der Zeit verblassen.

Aber als kurze Gammastrahlen ausbrachen, sagte sie: "Es ist, als schaust du den Lauf des Feuerwehrschlauchs hinunter."

Einer der Strahlen der entweichenden Materie, sagte sie, ist auf die Erde gerichtet. Das Licht der sich am schnellsten bewegenden Teilchen, die sich mit TK-Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, sehen wir als einen kurzen Gammastrahlenblitz. Dann wird der Lichtpunkt langsam verblassen, wenn die sich langsamer bewegenden Teilchen die Erde erreichen und sichtbar werden. (Noch hat niemand einen kurzen Gammastrahlenstoß mit einer Gravitationswellensignatur einer Neutronensternfusion verglichen.)

Dieses neue Papier, das in Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wird, bestätigt diese Theorie nicht. Aber es bietet Forschern mehr Material als jemals zuvor, um das Nachleuchten einer Neutronensternfusion zu untersuchen.

"Es ist eine gute Werbung für die Bedeutung von Hubble für das Verständnis dieser extrem schwachen Systeme", sagte Lyman und gibt Hinweise darauf, welche weiteren Möglichkeiten sich daraus ergeben [the James Webb Space Telescope]"Der massive Nachfolger von Hubble, dessen Einsatz für 2021 geplant ist.

Ursprünglich veröffentlicht am Live-Wissenschaft.