Ein kurzer und ungewöhnlicher Lichtblitz, der am 16 Juni 2018 am Nachthimmel entdeckt wurde, bereitete Astronomen und Astrophysikern weltweit Kopfzerbrechen. Das Ereignis namens AT2018cow und nach der Zufallsfolge der Buchstaben in seiner Bezeichnung „the cow“ („die Kuh“) genannt, ähnelt keinem anderen jemals beobachteten Ausbruch. Deshalb gibt es mehrere Theorien über seinen Ursprung.
Drei Tage lang produzierte AT2018cow einen Lichtausbruch, der mindestens zehnmal heller als eine typische Supernova war, und dann schwächte sich das Ereignis im Laufe der nächsten paar Monate ab. Dieses ungewöhnliche Ereignis trat innerhalb oder nahe einer sternbildenden Galaxie namens CGCG 137-068 auf, rund 200 Millionen Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Herkules. AT2018cow wurde erstmals von dem NASA-finanzierten Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System Teleskop auf Hawaii beobachtet.
Also was genau ist AT2018cow? Mit Daten von verschiedenen NASA-Missionen, darunter dem Swift-Observatorium und dem Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), veröffentlichen zwei Gruppen Abhandlungen, die mögliche Erklärungen für den Ursprung des Ereignisses liefern. Eine Studie argumentiert, dass AT2018cow ein riesiges Schwarzes Loch ist, das einen vorbeiziehenden Stern zerstörte. Die zweite Studie vermutet, dass es sich um eine Supernova handelt, die ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern entstehen ließ.
Forscher aus beiden Teams teilten ihre Interpretationen am 10. Januar 2018 anlässlich einer Podiumsdiskussion auf dem 233. Treffen der American Astronomical Society in Seattle.
Ein Schwarzes Loch, das einen kompakten Stern vernichtet?
Eine mögliche Erklärung für AT2018cow ist, dass ein Stern bei einem sogenannten Tidal Disruption Event (engl. Etwa „Gezeiten-Sternvernichtungsereignis“) auseinandergerissen wurde. Genau wie die Gravitation des Mondes die Gezeitenberge der Weltmeere verursacht, so hat ein Schwarzes Loch einen ähnlichen aber stärkeren Effekt auf einen sich nähernden Stern, der letztendlich zu einem Gasstrom zerrissen wird. Der Schweif des Gasstroms wird aus dem System herauskatapultiert, aber der führende Rand bewegt sich zurück um das Schwarze Loch, kollidiert mit sich selbst und bildet eine elliptische Materiewolke. Laut dem Forschungsteam, das Daten des elektromagnetischen Spektrums von Infrarotstrahlung bis hin zu Gammastrahlung nutzte, erklärt dieser Übergang das Verhalten von AT2018cow am besten.
„Wir haben noch nie etwas wie AT2018cow gesehen, was sehr aufregend ist“, sagte Amy Lien, eine Wissenschaftlerin an der University of Maryland und am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). „Wir vermuten, dass ein Tidal Disruption Event den schnellen, wirklich ungewöhnlichen Lichtausbruch zu Beginn des Ereignisses verursacht hat, und dass dies die Multiwellenlängenbeobachtungen des Swift-Satelliten von der Abschwächung in den nächsten Monaten am besten erklärt.
Lien und ihre Kollegen vermuten, dass der zerrissene Stern ein Weißer Zwerg war – ein heißer, ungefähr erdgroßer stellarer Überrest, der das Endstadium von Sternen wie unserer Sonne markiert. Sie berechneten auch, dass die Masse des Schwarzen Lochs zwischen 100.000 und einer Million Sonnenmassen liegt. Das ist fast so massereich wie das zentrale Schwarze Loch in dessen Heimatgalaxie. Es ist ungewöhnlich, ein Schwarzes Loch dieser Masse außerhalb des Zentrums einer Galaxie zu sehen. Aber es ist möglich, dass AT2018cow in einer nahen Satellitengalaxie oder in einem Kugelsternhaufen stattfand, dessen ältere Sternpopulationen einen höheren Anteil an Weißen Zwergen haben könnte als durchschnittliche Galaxien.
Video-Link: https://youtu.be/m2f_vXxokNg?list=PLTiv_XWHnOZp7htSzWONiegbedmQ_60LG
Eine Abhandlung, die die Ergebnisse beschreibt, wurde von Lien mitverfasst und wird in einer kommenden Ausgabe des Journals Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erscheinen.
„AT2018cow produzierte eine große Materiewolke in einer sehr kurzen Zeit“, sagte der Hauptautor Paul Kuin, ein Astrophysiker am University College London (UCL). „Einen größeren Stern zu zerreißen, um eine Wolke wie diese hervorzubringen, würde ein größeres Schwarzes Loch erfordern, was in einem langsameren Helligkeitsanstieg resultieren würde, und es würde länger dauern, bis die Überreste verschlungen wurden.“
Oder ein neuer Blick auf eine Supernova?
Ein anderes Forschungsteam konnte Daten zu AT2018cow über einen noch breiteren Wellenlängenbereich sammeln, von Radiowellen bis Gammastrahlen. Basierend auf diesen Beobachtungen vermutet das Team, dass eine Supernova die Quelle von AT2018cow gewesen sein könnte. Wenn ein massereicher Stern stirbt, explodiert er als Supernova und lässt entweder ein Schwarzes Loch oder ein unglaublich dichtes Objekt zurück, das als Neutronenstern bezeichnet wird. AT2018cow könnte die Geburt von einem dieser stellaren Überreste darstellen.
„Wir sahen Strukturen in AT2018cow, die wir in einem vergänglichen oder sich rasch verändernden Objekt nie zuvor beobachtet haben“, sagte Raffaella Margutti, eine Astrophysikerin an der Northwestern University in Evanston (Illinois). Sie ist die Hauptautorin einer Studie über AT2018cow, die im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde. „Unser Team nutzte Röntgendaten im Hochenergiebereich, um zu zeigen, dass AT2018cow Eigenschaften besitzt, die ähnlich einem kompakten Himmelskörper wie einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern beim Verschlingen von Materie sind. Aber davon ausgehend, was wir in anderen Wellenlängen sahen, denken wir, dass dies ein Spezialfall war und dass wir erstmals die Entstehung eines kompakten Himmelskörpers in Echtzeit beobachtet haben könnten.“
Marguttis Team analysierte Daten mehrerer Observatorien, darunter NuSTAR, der ESA-Satelliten XMM-Newton und Integral, sowie des Very Large Array der National Science Foundation. Das Team vermutet, dass der helle Blitz im optischen und ultravioletten Bereich eine Supernova anzeigte und dass die Röntgenemissionen, die kurz nach dem Ausbruch folgten, von Gas erzeugt wurden, das beim Fallen auf das kompakte Objekt Energie abstrahlte.
Normalerweise blockiert die expandierende Materiewolke einer Supernova alles Licht des kompakten Objekts im Zentrum der Explosion. Aufgrund der Röntgenemissionen vermuten Margutti und ihre Kollegen, dass der ursprüngliche Stern in diesem Szenario relativ massearm gewesen sein könnte und eine vergleichsweise dünnere Materiewolke produzierte, so dass Röntgenstrahlung der zentralen Quelle entkommen konnte.
„Wenn wir die Geburt eines kompakten Objekts in Echtzeit verfolgen, könnte dies der Beginn eines neuen Kapitels in unserem Verständnis der stellaren Entwicklung sein“, sagte Brian Grefenstette, ein Mitglied des NuSTAR-Instrumententeams am Caltech und Co-Autor von Marguttis Studie. „Wir beobachteten dieses Objekt mit vielen verschiedenen Observatorien. Natürlich ist es so, dass man umso mehr darüber erfahren kann, je mehr Fenster zu dem Objekt man öffnet. Aber wie wir es bei AT2018cow sehen, bedeutet das nicht zwangsläufig, dass die Lösung einfach sein wird.“
NuSTAR ist eine Small Explorer Mission, die vom Caltech geleitet und vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) für das Science Mission Directorate in Washington betrieben wird. NuSTAR wurde in Zusammenarbeit mit der Danish Technical University und der Italian Space Agency entwickelt. Das Weltraumteleskop wurde von der Orbital Sciences Corp. in Dulles (Virginia) konstruiert. Das Operationszentrum der NuSTAR-Mission befindet sich an der University of California in Berkeley, und das offizielle Datenarchiv ist am High Energy Astrophysics Science Archive Research Center der NASA. Die Italian Space Agenxy stellt die Bodenstation und ein gespiegeltes Archiv zur Verfügung. Das Caltech betreibt das JPL für die NASA.
Das Goddard Space Flight Center der NASA leitet die Swift-Mission in Zusammenarbeit mit der Pennsylvania State University in University Park, dem Los Alamos National Laboratory in New Mexico und Northrop Grumman Innovation Systems in Dulles (Virginia). Zu den anderen Partnern gehören die University of Leicester und das Mullard Space Science Laboratory des University College London in Großbritannien, das Brera Observatory und die Italian Space Agency.
(THK)
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