Stellar Collision löst Supernova-Explosion aus – „Dies ist das erste Mal, dass wir ein solches Ereignis sehen“

Die sich schnell bewegenden Trümmer einer Supernova-Explosion, die durch eine Sternkollision ausgelöst wurde, prallen auf das zuvor freigesetzte Gas, und die Erschütterungen verursachen eine leuchtende Radioemission, die vom VLA gesehen wird. Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF

Astronomen haben dramatische Beweise dafür gefunden, dass a schwarzes Loch Woher Neutronenstern bahnte sich seinen Weg in den Kern eines Begleitsterns und zündete diesen Begleiter zu einer Supernova. Astronomen wurden durch Daten des Very Large Array Sky Survey (VLASS) informiert, einem mehrjährigen Projekt mit dem Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) der National Science Foundation.

„Theoretiker haben vorhergesagt, dass es passieren könnte, aber dies ist das erste Mal, dass wir ein solches Ereignis sehen“, sagte Dillon Dong, ein Doktorand am Caltech und Hauptautor eines Artikels, der über die Entdeckung in der Zeitschrift berichtet. Wissenschaft.

Der erste Hinweis kam, als Wissenschaftler Bilder von VLASS ansahen, die 2017 mit den Beobachtungen begannen, und ein Objekt fanden, das helle Radiowellen aussendete, aber in einer früheren VLA-Himmelsstudie namens Faint nicht aufgetaucht war. Images of the Radio Sky at Twenty Centimeters ( ERSTE). Anschließend beobachteten sie das Objekt mit der Bezeichnung VT 1210 + 4956 mit dem VLA und dem Keck-Teleskop auf Hawaii. Sie stellten fest, dass die leichte Radioemission vom Rand einer Zwerggalaxie stammte, die etwa 480 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt Sterne bildete. Später entdeckten sie, dass ein Instrument an Bord der Internationalen Raumstation im Jahr 2014 einen Ausbruch von Röntgenstrahlen von dem Objekt entdeckte.

Die Daten aus all diesen Beobachtungen haben es Astronomen ermöglicht, die faszinierende Geschichte eines jahrhundertelangen Todestanzes zwischen zwei massereichen Sternen zusammenzusetzen. Wie die meisten Sterne, die viel massereicher sind als unsere Sonne, wurden diese beiden Sterne als binäres Paar geboren, das sich eng umkreist. Einer von ihnen war massereicher als der andere und entwickelte sich während seiner normalen Lebensdauer schneller, angetrieben durch Kernfusion, und explodierte als Supernova und hinterließ entweder ein Schwarzes Loch oder einen superdichten Neutronenstern.

Ablauf der Ereignisse – Im Uhrzeigersinn von oben links: (1.) Ein Neutronenstern oder Schwarzes Loch umkreist einen ’normalen‘ (hellblauen) Begleitstern, der Tausende von Jahren zusammenbringt. (2.) Der Neutronenstern oder das Schwarze Loch dringt in die Atmosphäre seines Begleiters ein und projiziert Gas in einer sich ausdehnenden Spirale nach außen. (3.) Wenn der Eindringling den Kern des Begleiters erreicht, bildet das Material kurzzeitig eine Scheibe, die einen superschnellen Strahl nach außen schleudert und sich seinen Weg aus dem Stern schiebt. Die Kernfusion, die den Kern des Begleiters gegen die eigene Schwerkraft hielt, wird unterbrochen, was einen Kollaps und eine anschließende Supernova-Explosion auslöst. (4.) Das von der Supernova-Explosion geworfene Material holt das von der vorherigen Wechselwirkung geworfene Material ein und verursacht starke Stoßwellen, die die mit dem VLA beobachteten Radiowellen erzeugen. Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF

Die Umlaufbahn des Schwarzen Lochs oder Neutronensterns näherte sich allmählich seinem Partner, und vor etwa 300 Jahren trat es in die Atmosphäre des Partners ein und begann den Todestanz. An diesem Punkt begann die Wechselwirkung, Gas vom Begleiter in den Weltraum zu projizieren. Das ausgestoßene Gas, das sich spiralförmig nach außen bewegte, bildete einen sich ausdehnenden donutförmigen Ring, der als Torus bezeichnet wird, um das Paar.

Schließlich gelangte das Schwarze Loch oder der Neutronenstern in den Kern des Begleitsterns und unterbrach die Kernfusion, die die Energie erzeugte, die den Kern davon abhielt, aufgrund seiner eigenen Schwerkraft zu kollabieren. Als der Kern kollabierte, bildete er kurzzeitig eine Materiescheibe in einer engen Umlaufbahn um den Eindringling und schleuderte einen Materiestrahl mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aus der Scheibe heraus und bahnte sich seinen Weg durch den Stern.

„Dieser Jet hat die Röntgenstrahlen erzeugt, die das MAXI-Instrument an Bord der Internationalen Raumstation sieht, und er bestätigt das Datum dieses Ereignisses im Jahr 2014“, sagte Dong.

Der Kernkollaps des Sterns führte dazu, dass er nach der vorherigen Explosion seines Bruders zu einer Supernova explodierte.

„Der Begleitstern würde irgendwann explodieren, aber diese Fusion beschleunigte den Prozess“, sagte Dong.

Das von der Supernova-Explosion 2014 ausgestoßene Material bewegte sich viel schneller als das zuvor vom Begleitstern ausgestoßene Material, und als VLASS das Objekt beobachtete, kollidierte die Supernova-Explosion mit diesem Material, was starke Stöße verursachte, die die gesehene leichte Radioemission erzeugten von der VLA.

„Alle Teile dieses Puzzles kommen zusammen, um diese unglaubliche Geschichte zu erzählen“, sagte Gregg Hallinan von Caltech. „Der Überrest eines Sterns, der vor langer Zeit explodiert ist, ist in seine Gefährtin gestürzt, was dazu geführt hat, dass auch sie explodiert“, fügte er hinzu.

Der Schlüssel zur Entdeckung, sagte Hallinan, sei VLASS, das den gesamten sichtbaren Himmel auf dem Breitengrad des VLA – etwa 80% des Himmels – dreimal in sieben Jahren abbildet. Eines der Ziele von VLASS auf diese Weise ist es, transiente Objekte wie Supernova-Explosionen zu entdecken, die bei Radiowellenlängen brillant emittieren. Diese Supernova, die durch eine Sternenverschmelzung verursacht wurde, kam jedoch überraschend.

„Von all den Dingen, von denen wir dachten, wir würden sie mit VLASS entdecken, gehörte dies nicht dazu“, sagte Hallinan.

Referenz: „Eine transiente Radioquelle, die mit einer durch eine Fusion ausgelösten Kernkollaps-Supernova kohärent ist“ 2. September 2021, Wissenschaft.
DOI: 10.1126 / science.abg6037

Das National Radio Astronomical Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.