Im August 2017 gelang ein weiterer großer Durchbruch, als das Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) Wellen entdeckte, von denen angenommen wurde, dass sie durch eine Neutronensternfusion verursacht wurden. Kurz danach konnten Wissenschaftler von LIGO, Advanced Virgo und dem Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop feststellen, wo am Himmel dieses Ereignis (bekannt als Kilonova) auftrat.
Diese Quelle, bekannt als GW170817 / GRB, war das Ziel vieler Nachuntersuchungen, da angenommen wurde, dass die Fusion zur Bildung eines Schwarzen Lochs hätte führen können. Laut einer neuen Studie eines Teams, das seit dem Ereignis Daten vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA analysiert hat, können Wissenschaftler nun mit größerer Sicherheit sagen, dass durch den Zusammenschluss ein neues Schwarzes Loch in unserer Galaxie entstanden ist.
Die Studie mit dem Titel „GW170817 hat höchstwahrscheinlich ein Schwarzes Loch gemacht“ erschien kürzlich in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe. Die Studie wurde von David Pooley, einem Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Trinity University in San Antonio, geleitet und umfasste Mitglieder der University of Texas in Austin, der University of California in Berkeley und des Energetic Cosmos Laboratory der Nazarbayev University in Kasachstan.
Für ihre Studie analysierte das Team Röntgendaten von Chandra, die in den Tagen, Wochen und Monaten nach der Erfassung von Gravitationswellen durch LIGO und Gammastrahlen durch die NASA-Mission Fermi aufgenommen wurden. Während fast jedes Teleskop der Welt die Quelle beobachtet hatte, waren Röntgendaten entscheidend, um zu verstehen, was nach der Kollision der beiden Neutronensterne geschah.
Während eine Chandra-Beobachtung zwei bis drei Tage nach dem Ereignis keine Röntgenquelle detektierte, führten nachfolgende Beobachtungen, die 9, 15 und 16 Tage nach dem Ereignis durchgeführt wurden, zu Detektionen. Die Quelle verschwand für eine Weile, als GW170817 hinter der Sonne vorbeiging, aber etwa 110 und 160 Tage nach dem Ereignis wurden zusätzliche Beobachtungen gemacht, die beide eine signifikante Aufhellung zeigten.
Während die LIGO-Daten den Astronomen eine gute Schätzung der Masse des resultierenden Objekts nach der Verschmelzung der Neutronensterne lieferten (2,7 Sonnenmassen), reichte dies nicht aus, um festzustellen, was daraus geworden war. Im Wesentlichen bedeutete diese Menge an Masse, dass es sich entweder um den massereichsten Neutronenstern handelte, der jemals gefunden wurde, oder um das niedrigste Schwarze Loch, das jemals gefunden wurde (die vorherigen Rekordhalter waren vier oder fünf Sonnenmassen). Wie Dave Pooley in einer Pressemitteilung von NASA / Chandra erklärte:
„Während Neutronensterne und Schwarze Löcher mysteriös sind, haben wir viele von ihnen im gesamten Universum mit Teleskopen wie Chandra untersucht. Das heißt, wir haben sowohl Daten als auch Theorien darüber, wie sich solche Objekte in Röntgenstrahlen verhalten sollen. “
Wenn die Neutronensterne zu einem schwereren Neutronenstern verschmelzen würden, würden Astronomen erwarten, dass er sich schnell dreht und ein sehr starkes Magnetfeld erzeugt. Dies hätte auch eine expandierte Blase energiereicher Partikel erzeugt, die zu hellen Röntgenemissionen führen würde. Die Chandra-Daten zeigten jedoch Röntgenemissionen, die mehrere hundert Mal niedriger waren als von einem massiven, sich schnell drehenden Neutronenstern erwartet.
Durch den Vergleich der Chandra-Beobachtungen mit denen des Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) der NSF konnten Pooley und sein Team auch schließen, dass die Röntgenemission vollständig auf die Schockwelle zurückzuführen war, die durch den Zusammenstoß in die Umgebung verursacht wurde Gas. Kurz gesagt, es gab keine Anzeichen von Röntgenstrahlen, die von einem Neutronenstern herrührten.
Dies impliziert stark, dass das resultierende Objekt tatsächlich ein Schwarzes Loch war. Wenn dies bestätigt würde, würden diese Ergebnisse darauf hinweisen, dass der Bildungsprozess eines Schwarzen Lochs manchmal kompliziert sein kann. Im Wesentlichen wäre GW170817 das Ergebnis von zwei Sternen gewesen, die einer Supernova-Explosion unterzogen wurden, die zwei Neutronensterne in einer ausreichend engen Umlaufbahn zurückließ, so dass sie schließlich zusammenkamen. Wie Pawan Kumar erklärte:
„Wir haben vielleicht eine der grundlegendsten Fragen zu diesem schillernden Ereignis beantwortet: Was hat es gebracht? Astronomen haben lange vermutet, dass Fusionen von Neutronensternen ein Schwarzes Loch bilden und Strahlungsstöße erzeugen würden, aber es fehlte uns bis jetzt ein starkes Argument dafür. “
Mit Blick auf die Zukunft könnten die Behauptungen von Pooley und seinen Kollegen durch zukünftige Röntgen- und Funkbeobachtungen überprüft werden. Instrumente der nächsten Generation - wie das derzeit in Südafrika und Australien im Bau befindliche Square Kilometer Array (SKA) und das Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena +) der ESA - wären in dieser Hinsicht besonders hilfreich.
Wenn sich der Rest schließlich als massiver Neutronenstern mit einem starken Magnetfeld herausstellt, sollte die Quelle in den kommenden Jahren bei den Röntgen- und Radiowellenlängen viel heller werden, da die hochenergetische Blase den verlangsamenden Schock einholt Welle. Da die Schockwelle schwächer wird, erwarten die Astronomen, dass sie weiterhin schwächer wird als kürzlich beobachtet.
Unabhängig davon werden zukünftige Beobachtungen von GW170817 eine Fülle von Informationen liefern, so J. Craig Wheeler, Mitautor der Studie auch von der University of Texas. "GW170817 ist das astronomische Ereignis, das immer weiter gibt", sagte er. "Wir lernen so viel über die Astrophysik der dichtesten bekannten Objekte aus diesem einen Ereignis."
Wenn diese nachfolgenden Beobachtungen ergeben, dass ein schwerer Neutronenstern das Ergebnis der Fusion ist, würde diese Entdeckung Theorien über die Struktur von Neutronensternen und deren Masse in Frage stellen. Wenn sie andererseits feststellen, dass es ein winziges Schwarzes Loch gebildet hat, wird es die Vorstellungen der Astronomen über die unteren Massengrenzen von Schwarzen Löchern in Frage stellen. Für Astrophysiker ist dies im Grunde ein Win-Win-Szenario.
Als Co-Autor fügte Bruce Grossan von der University of California in Berkeley hinzu:
„Zu Beginn meiner Karriere konnten Astronomen nur Neutronensterne und Schwarze Löcher in unserer eigenen Galaxie beobachten, und jetzt beobachten wir diese exotischen Sterne im gesamten Kosmos. Was für eine aufregende Zeit, um am Leben zu sein und Instrumente wie LIGO und Chandra zu sehen, die uns so viele aufregende Dinge zeigen, die die Natur zu bieten hat. “
In der Tat hat ein Blick in den Kosmos und tiefer in die Vergangenheit viel über das Universum verraten, was bisher unbekannt war. Und da verbesserte Instrumente entwickelt wurden, um astronomische Phänomene detaillierter und in noch größeren Entfernungen genauer zu untersuchen, scheint es keine Grenzen für das zu geben, was wir lernen könnten. Schauen Sie sich auch dieses Video der Fusion GW170817 mit freundlicher Genehmigung des Chandra X-ray Observatory an:
