Seit fast einem Jahrhundert untersuchen Astronomen Supernovae mit großem Interesse. Diese wundersamen Ereignisse ereignen sich, wenn ein Stern in die letzte Phase seiner Lebensspanne eintritt und zusammenbricht oder von einem Begleitstern seiner äußeren Schichten bis zu dem Punkt entfernt wird, an dem er einen Kernkollaps erleidet. In beiden Fällen führt dieses Ereignis normalerweise zu einer massiven Freisetzung von Material, das ein paar Mal so groß ist wie die Masse unserer Sonne.
Ein internationales Wissenschaftlerteam erlebte jedoch kürzlich eine Supernova, die überraschend schwach und kurz war. Ihre Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Supernova von einem unsichtbaren Begleiter verursacht wurde, wahrscheinlich einem Neutronenstern, der seinem Begleiter Material entzogen hat, wodurch er zusammenbrach und zur Supernova wurde. Dies ist daher das erste Mal, dass Wissenschaftler die Geburt eines kompakten Neutronenstern-Binärsystems miterleben.
Die Studie mit dem Titel „Eine heiße und schnelle ultra-gestrippte Supernova, die wahrscheinlich eine kompakte Neutronenstern-Binärdatei bildete“ erschien kürzlich in der Zeitschrift Wissenschaft. Die Studie wurde von Kishalay De, einem Doktoranden der Abteilung für Astrophysik von Caltech, geleitet und umfasste Mitglieder des Goddard Space Flight Center und des Jet Propulsion Laboratory der NASA, des Weizmann Institute of Science, des Max-Planck-Instituts für Astrophysik und des Lawrence Berkeley National Laboratory und mehrere Universitäten und Observatorien.
Die Forschung des Teams wurde hauptsächlich im Labor von Mansi Kasliwal durchgeführt, einem Assistenzprofessor für Astronomie an der Caltech und Mitautor der Studie. Sie ist auch die Hauptforscherin des von Caltech geleiteten Projekts Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH), einer internationalen astronomischen Zusammenarbeit, die sich auf die Untersuchung der Physik transienter (kurzlebiger) Ereignisse konzentriert - dh Supernovae, Neutronensterne, Schwarz Lochfusionen und erdnahe Asteroiden.
Für ihre Studie beobachtete das Team das Supernova-Ereignis iPTF 14gqr, das am Rande einer Spiralgalaxie etwa 920 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt auftrat. Im Verlauf ihrer Beobachtungen stellten sie fest, dass die Supernova zur Freisetzung einer vergleichsweise geringen Menge an Materie führte - etwa einem Fünftel der Masse der Sonne. Dies war eine ziemliche Überraschung, wie Kasliwali kürzlich in einer Pressemitteilung von Caltech feststellte:
"Wir haben gesehen, wie der Kern dieses massiven Sterns zusammengebrochen ist, aber wir haben bemerkenswert wenig Masse ausgestoßen gesehen. Wir nennen dies eine ultra-gestrippte Hüllkurven-Supernova, und es wurde lange vorhergesagt, dass sie existieren. Dies ist das erste Mal, dass wir überzeugend den Zusammenbruch eines massiven Sterns sehen, der so frei von Materie ist. “
Dieses Ereignis war ungewöhnlich, denn damit Sterne zusammenbrechen können, müssen ihre Kerne zuvor von massiven Materialmengen umhüllt worden sein. Dies warf die Frage auf, wohin die fehlende Masse der Sterne hätte gehen können. Basierend auf ihren Beobachtungen stellten sie fest, dass ein kompakter Begleiter (entweder ein weißer Zwerg oder ein Neutronenstern) ihn im Laufe der Zeit abgesaugt haben muss.
Dieses Szenario führt zu Supernovae vom Typ I, die in einem binären System auftreten, das aus einem Neutronenstern und einem roten Riesen besteht. In diesem Fall konnte das Team den Neutronenstern-Begleiter nicht erkennen, vermutete jedoch, dass er sich im Orbit mit dem anderen Stern gebildet haben muss und somit das ursprüngliche Binärsystem bildet. Tatsächlich bedeutet dies, dass das Team durch Beobachtung von iPTF 14gqr die Geburt eines binären Systems erlebte, das aus zwei kompakten Neutronensternen besteht.
Darüber hinaus bedeutet die Tatsache, dass diese beiden Neutronensterne so nahe beieinander liegen, dass sie schließlich zu einem ähnlichen Ereignis wie 2017 verschmelzen werden. Diese Fusion, die als „Kilonova-Ereignis“ bekannt ist, war das erste kosmische Ereignis sowohl in Gravitations- als auch in elektromagnetischen Wellen gesehen. Follow-up-Beobachtungen zeigten auch, dass die Fusion wahrscheinlich zur Bildung eines Schwarzen Lochs führte.
Dies schafft Möglichkeiten für zukünftige Umfragen, bei denen iPTF 14gqr beobachtet wird, um festzustellen, ob sich ein weiteres Kilonova-Ereignis ergibt, und ein weiteres Schwarzes Loch entsteht. Darüber hinaus war die Tatsache, dass das Team das Ereignis überhaupt beobachten konnte, ein Glücksfall, da diese Phänomene sowohl selten (nur 1% der Supernova-Ereignisse) als auch von kurzer Dauer sind. Wie De erklärte:
„Sie benötigen schnelle vorübergehende Vermessungen und ein gut koordiniertes Netzwerk von Astronomen weltweit, um die frühe Phase einer Supernova wirklich erfassen zu können. Ohne Daten in den Kinderschuhen hätten wir nicht den Schluss ziehen können, dass die Explosion im kollabierenden Kern eines massiven Sterns mit einer Hülle entstanden sein muss, die etwa dem 500-fachen des Radius der Sonne entspricht. “
Das Ereignis wurde erstmals vom Palomar-Observatorium im Rahmen der Palomar Transient Factory (iPTF) entdeckt - einer wissenschaftlichen Zusammenarbeit, bei der Observatorien auf der ganzen Welt den Kosmos auf kurzlebige kosmische Ereignisse wie Supernovae überwachen. Dank der iPTF, die nächtliche Vermessungen durchführte, konnte das Palomar-Teleskop iPTF 14gqr sehr kurz nach der Supernova erkennen.
Die Zusammenarbeit stellte auch sicher, dass andere Observatorien, sobald das Palomar-Teleskop es (aufgrund der Erdrotation) nicht mehr sehen konnte, es weiter überwachen und seine Entwicklung verfolgen konnten. Mit Blick auf die Zukunft wird die Zwicky Transient Facility (die der Nachfolger des Palomar Observatory für die iPTF ist) noch häufigere und umfassendere Untersuchungen des Himmels durchführen, in der Hoffnung, weitere dieser seltenen Ereignisse zu entdecken.
Diese Umfragen werden es Astronomen in Abstimmung mit den Folgemaßnahmen von Netzwerken wie GROWTH ermöglichen, die Entwicklung kompakter binärer Systeme zu untersuchen. Dies führt zu einem besseren Verständnis nicht nur der Wechselwirkung dieser Objekte, sondern bietet auch einen besseren Einblick in die Entstehung von Gravitationswellen und bestimmten Arten von Schwarzen Löchern.
