Live-Beobachtung der Geburt eines Neutronensterns, zum ersten Mal in der Geschichte
Es war bekannt, dass Supernova-Explosionen von sehr massereichen Sternen zur Geburt von Neutronensternen oder schwarzen Löchern führen. Was wir jedoch bisher beobachten konnten, ist die bereits stattgefundene Explosion und der bereits geborene Neutronenstern.
Jüngste Beobachtungen bestätigen, was theoretisch über die Entstehung von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern nach Supernovaexplosionen vorhergesagt wurde.
Theoretische Modelle der Sternentwicklung sagen voraus, dass sehr massereiche Sterne mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonnenmasse ihr Leben mit einer Supernova-Explosion beenden.
Supernovas
Am Ende des Lebens eines sehr massereichen Sterns führt die Erschöpfung des Kernbrennstoffs im Zentrum des Sterns zu einem plötzlichen Kollaps des Sterns, gefolgt von einem Temperaturanstieg, der ausreichend ist, um eine zerstörerische Explosion zu erzeugen. Die bei dieser Explosion erzeugte Energie kann mit der Energie der gesamten Galaxie, die den Stern beherbergt, vergleichbar sein.
Nach der Explosion des Sterns, bei der die äußeren Schichten gewaltsam herausgeschleudert werden, führt der Kollaps des Kerns zur Bildung eines extrem kompakten Objekts, das je nach der ursprünglichen Masse des Sterns ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch sein kann.
Bisher haben Astronomen zahlreiche Überreste von Supernovae beobachtet, die in der Vergangenheit explodiert sind, aber nur bei einigen Dutzend dieser Überreste konnten sie den Neutronenstern identifizieren, der nach der Explosion entstanden ist.
Was bisher beobachtet wurde, war also entweder eine Supernova, die bereits explodiert war und in deren Überrest sich ein Neutronenstern befand, oder eine Supernova, die gerade explodierte, ohne dass der Neutronenstern zu sehen war.
Auf der Grundlage von Modellen der Sternentwicklung wurde also gefolgert, dass der Neutronenstern eine Folge der Explosion war. Es konnte jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass der Neutronenstern bereits an dem Ort existierte, an dem die Supernova explodierte, und dass die beiden Objekte daher nicht miteinander verbunden waren.
Was ist die große Neuigkeit?
Das Neue an den jüngsten Beobachtungen ist die Beobachtung der Supernova-Explosion in Echtzeit und der (indirekte) Nachweis der gleichzeitigen Geburt des Neutronensterns.
Ein Supernova-Jäger, der Amateurastronom Berto Monard, der das Klein-Karoo-Observatorium am Westkap (Südafrika) betreibt, entdeckte im Mai 2022 in der 75 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie NGC 157 eine Supernova namens SN 2022jli.
Nachdem die Entdeckung gemeldet worden war, unternahm die wissenschaftliche Gemeinschaft Schritte, um sie mit viel leistungsfähigeren Teleskopen und Instrumenten zu beobachten und zu untersuchen: VLT und NTT der Europäischen Südsternwarte.
Insbesondere beobachteten zwei verschiedene Gruppen SN 2022jli unabhängig voneinander und entdeckten ein absolut eigenartiges Verhalten im Vergleich zu anderen Supernovae.
Die Helligkeit von Supernovae ist durch einen sehr schnellen Anstieg auf einen Maximalwert gekennzeichnet, gefolgt von einer allmählichen Abschwächung, bis die Helligkeit so gering wird, dass das Objekt nicht mehr sichtbar ist.
Was die beiden Teams, eines unter der Leitung des Astronomen Thomas Moore von der Queen's University Belfast und das andere unter der Leitung von Ping Chen vom Weizmann Institute of Science (Israel), beobachteten, war eine Oszillation der Helligkeit mit einer konstanten Periode von etwa 12 Tagen.
Auslegungsszenario
Das interpretative Szenario, das sich aus den Beobachtungen und dem Vergleich mit verschiedenen Modellen ergab, ist, dass der massereiche Stern, der als Supernova explodierte, in einem Doppelsternsystem war, d.h. er hatte einen Begleitstern, beide, der sich um das gemeinsame Massenzentrum drehte und eine Periode von etwa 12 Tagen hatte.
Nach der Explosion wurde der massereichste Stern zu einem Neutronenstern, der weiterhin seinen Begleitstern umkreist, der die Explosion überlebt hat. Die Atmosphäre des Begleitsterns hat sich jedoch mit Gas und Staub angereichert und aufgequollen, die von dem ehemaligen massereichen Stern ausgestoßen wurden. Daher fängt der Neutronenstern bei seiner Umlaufbewegung um seinen Begleiter alle 12 Tage einen Teil dieses Gases ein und bildet seine eigene heiße Scheibe, die periodisch an Helligkeit zunimmt.
Wie die obige Abbildung zeigt, schwankt die Leuchtkraft des Systems periodisch mit einer Periode von 12 Tagen. Diese Fluktuation der Leuchtkraft verrät das Vorhandensein eines Neutronensterns, dessen Leuchtkraft nur deshalb schwankt, weil er in regelmäßigen Abständen etwas von dem einfängt, was einst sein Gas war und nun von seinem Begleitstern absorbiert wurde.
Zukünftige Beobachtungen mit dem ELT (Extremely Large Telescope), das sich derzeit im Bau befindet, könnten weitere Details über dieses System enthüllen.