Die Ursache eines mysteriösen kosmischen Kabooms – so hell, dass es zur Klassifizierung eines neuen führte Typ der Weltraumexplosion – möglicherweise jetzt enthüllt worden.
Laut einer Analyse des Ereignisses von 2018 mit dem Spitznamen “die Kuh” (AT2018cow) war es wahrscheinlich eine ungewöhnliche Art von Kernkollaps-Supernova, die zur Bildung eines kompakten kosmischen Objekts führte, entweder eines Neutronensterns oder eines kleinen Schwarzen Lochs.
“Wir haben wahrscheinlich die Geburt eines kompakten Objekts in einer Supernova entdeckt”, sagt der Astronom Dheeraj Pasham vom Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung des MIT.
„Dies passiert bei normalen Supernovae, aber wir haben es noch nie zuvor gesehen, weil es ein so chaotischer Prozess ist. Wir glauben, dass diese neuen Beweise Möglichkeiten eröffnen, Baby-Schwarze Löcher oder Baby-Neutronensterne zu finden.“
Die Kuh wurde am 16. Juni 2018 entdeckt und war sofort faszinierend. Es war unglaublich kurz und unglaublich hell, etwa 100-mal heller als eine typische Supernova. Das ist so hell, dass man ursprünglich dachte, die Kuh käme aus der Milchstraße. Astronomen waren fassungslos, als sie herausfanden, dass es tatsächlich von einer 200 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie ausging.
Seit der Kuh wurden weitere Explosionen mit ähnlichem Profil identifiziert. Sie wurden als Fast Blue Optical Transients von FBOTs bezeichnet, und Astronomen waren bestrebt, ihren Ursachen auf den Grund zu gehen.
Eine mögliche Option war eine Gezeitenunterbrechungsfackel von einem Schwarzen Loch, die ein anderes dichtes Objekt wie einen Weißen Zwerg verzehrt; oder von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse, das größer als das 850-fache der Sonnenmasse ist, das Material von einem vorbeiziehenden Stern abstreift.
Eine andere Möglichkeit war eine Art Kernkollaps-Supernova, bei der ein stellarer Kern, der nicht mehr vom nach außen gerichteten Fusionsdruck getragen wird, unter seiner eigenen Schwerkraft zu einem ultradichten Objekt kollabiert.
Eine Möglichkeit, um festzustellen, welches dieser Szenarien am wahrscheinlichsten war, bestand darin, sich die Röntgendaten genauer anzusehen. Dies haben Pasham und sein Team getan.
“Dieses Signal war in den Röntgenstrahlen nah und auch hell, was meine Aufmerksamkeit erregte”, sagt Pasham. „Mir kommt als erstes in den Sinn, dass ein wirklich energetisches Phänomen Röntgenstrahlen erzeugt. Also wollte ich die Idee testen, dass sich im Kern der Kuh ein Schwarzes Loch oder ein kompaktes Objekt befindet .”
Die analysierten Daten stammten vom Röntgenteleskop Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) der NASA, das an der Internationalen Raumstation ISS befestigt ist. Nach der Entdeckung der Kuh beobachtete NICER das Objekt etwa 60 Tage lang, um Röntgendaten über sein Verhalten nach der Nova zu sammeln.
In diesen Daten fanden die Forscher heraus, dass etwas in der Kuh in weichen Röntgenstrahlen pulsierte und während der gesamten Beobachtungszeit von 60 Tagen alle 4,4 Millisekunden einen Stoß aussendete. Diese Periodizität setzt dem physikalischen Mechanismus, der die Röntgenstrahlen erzeugt, ziemlich strenge Beschränkungen auf; Was auch immer es ist, darf nicht größer als 1.000 Kilometer (621 Meilen) sein.
„So klein kann nur ein kompaktes Objekt sein – entweder ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch“, sagt Pasham.
Die Stärke des Signals schränkt auch die Masse des Objekts ein. Es darf nicht mehr als das 800-fache der Sonnenmasse betragen, was eine Gezeitenstörung eines Schwarzen Lochs mittlerer Masse ausschließt. Auch dies deutet auf einen Kernkollaps hin.
Die periodischen Pulsationen können durch verschiedene Mechanismen erzeugt werden, je nachdem, was das kompakte Objekt ist. Wenn es ein Neutronenstern ist, könnten 4,4 Millisekunden seine Rotationsrate sein. Wenn es sich um ein Schwarzes Loch handelt, könnte die Emission durch Fallback erzeugt werden – Material, das während der Supernova ausgesprengt wurde, fällt zurück in das neugeborene Schwarze Loch und erzeugt Röntgenstrahlung.
Bei beiden Modellen bleiben jedoch noch einige Fragen offen. Für einen Neutronenstern ist die Enge des Frequenzbereichs der Emissionen schwer zu erklären. Bei einem Schwarzen Loch sind Eigenschaften wie Röntgenhelligkeit und Stabilität schwer zu erklären.
Zukünftige Studien der Kuh und anderer FBOTs könnten helfen, diese noch offenen Probleme zu lösen.
Und sie könnten uns auch helfen, einige der extremsten Objekte im Universum besser zu verstehen.
“Immer wenn es ein neues Phänomen gibt, gibt es Aufregung, dass es etwas Neues über das Universum erzählen könnte”, bemerkt Pasham.
“Für FBOTs haben wir gezeigt, dass wir ihre Pulsationen im Detail studieren können, was in der Optik nicht möglich ist. Dies ist also ein neuer Weg, diese neugeborenen kompakten Objekte zu verstehen.”
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturastronomie.