2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Astronomen haben bestätigt, dass kurze Gammablitze tatsächlich aus der Entstehung einer Kilonova resultieren, wenn Neutronensterne oder ein Schwarzes Loch und ein Neutronenstern verschmelzen. Die Autoren der Studie, die in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, kamen zu diesem Schluss, indem sie Daten untersuchten, die von vielen Observatorien auf der ganzen Welt während der Beobachtungen der ersten Verschmelzung von Neutronensternen gesammelt wurden, die vom Gravitationsobservatorium LIGO entdeckt wurde.
Gammablitze sind eines der energiereichsten Ereignisse im Universum. Während einer Flare in wenigen Sekunden kann die gleiche Energiemenge in den Weltraum geschossen werden, wie die Sonne in 10 Milliarden Jahren aussendet. Astronomen unterscheiden zwischen langen (mehr als 2 Sekunden) und kurzen GRBs. Es wird heute angenommen, dass erstere durch den Gravitationskollaps eines massereichen Sterns entstehen, der sich schnell um seine Achse dreht. Berechnungen zufolge verwandelt sich ein Teil seines Kerns in ein Schwarzes Loch, umgeben von einer mächtigen Akkretionsscheibe, die innerhalb weniger Sekunden in das Loch fällt. Der Mechanismus der kurzen Gammablitze, die Bruchteile einer Sekunde dauern können, wird wahrscheinlich mit der Verschmelzung von Neutronensternen oder einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch in Verbindung gebracht. Theorien zufolge könnte das Ergebnis auch ein Schwarzes Loch mit einer Akkretionsscheibe bilden.
Im August 2017 konnten Astronomen erstmals Gravitationswellen aus einer Verschmelzung von Neutronensternen registrieren. Der resultierende Gammastrahlenausbruch und die Entstehung der Kilonova wurden von etwa 70 bodengestützten und Weltraumobservatorien beobachtet. Der von den Forschern aufgezeichnete Gammablitz war jedoch schwach, was den Zusammenhang von Verschmelzungen von Neutronensternen mit starken kurzen Gammablitzen in Frage stellte.
Ein Team unter der Leitung von Davide Lazzati von der Oregon State University baute ein Modell für einen Ausbruch, der aus der Geburt einer Kilonova hätte resultieren können. Die Wissenschaftler führten eine Computersimulation durch, in der sie berechneten, wie sich die ausgestoßene Materie bewegen würde und wie ein kurzer Gammastrahlenausbruch für Beobachter aussehen würde, die sich an verschiedenen Punkten im Raum relativ zum Jet befinden - ein eng gerichteter Partikelstrom, der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt.
Beim Durchgang durch das Medium interagiert der Jet mit der umgebenden Materie und bildet eine Art Kokon aus Teilchen, die sich ebenfalls mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen. Dies ist eine sekundäre, weniger helle Strahlungsquelle, die normalerweise von Teleskopen nicht erkannt wird, wenn ein Jet in ihre Richtung gerichtet ist. Instrumente können es jedoch erkennen, wenn der Strahl zur Seite "schaut".
Die Simulation zeigte, dass, wenn der Beobachter in einem Winkel von etwa 30 Grad zur Hauptachse des Jets steht (wie im Bild unten gezeigt), er zuerst die Strahlung der weniger hellen Partikel des Kokons sieht, die sich bewegen direkt entlang der Sichtlinie. Nach einigen Tagen, wenn sie das interstellare Medium passieren, wird ihre Geschwindigkeit verlangsamt. Mit der Zeit werden auch Partikel sichtbar, die sich in einem großen Winkel relativ zur Sichtlinie des Beobachters bewegen. Für die Instrumente sieht dies wie eine Erhöhung der Helligkeit der Blitznachleuchtung aus.
Das Bild zeigt den Jet, und die Buchstaben geben die möglichen Positionen der Beobachter an. Der Pfeil zeigt den Winkel an, bei dem der resultierende Graph am besten mit dem reellen übereinstimmt
Die simulierte Lichtkurve stimmt mit tatsächlichen Beobachtungsdaten überein. Das bedeutet, dass es den Wissenschaftlern tatsächlich gelungen ist, den kurzen Gammablitz zu registrieren, den Theorien vorhersagen.
Im Jahr 2016 wurden erstmals Gravitationswellen aufgezeichnet, eine direkte Folge der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Dann war ihre Quelle die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit einer Masse von etwa 29 und 36 Sonnenmassen. Die erste Kilonova wurde jedoch bereits 2013 von Astronomen aufgezeichnet – dann registrierten die Observatorien Swift Gamma-Ray Burst Explorer und KONUS / WIND einen Ausbruch von sGRB 130603B, und dann sah Hubble ein schwaches Nachglühen im Infrarotbereich.
