Stellar Science

Eine kürzlich entdeckte Art von Sternexplosion könnte genau zwischen Supernovae und Gammastrahlenausbrüche passen.

Kokons umgeben die Jets, die in dieser Illustration einem sterbenden Stern entkommen.Ore Gottlieb / Northwestern University

Weniger als vier Jahre, nachdem Astronomen zum ersten Mal eine neue und rätselhafte Art von Sternexplosionen entdeckt hatten, haben sie möglicherweise das Rätsel um die wahre Natur der Objekte gelöst. Laut Ore Gottlieb (Northwestern University) und Kollegen sind schnelle blaue optische Transienten (FBOTs) explodierende Sterne, die mehr oder weniger zwischen regulären Supernovae und langen Gammastrahlenausbrüchen liegen.

Das Rätsel tauchte erstmals im Juni 2018 auf, als ein Roboterteleskop einen plötzlichen Ausbruch im Spiralarm einer fernen Galaxie registrierte. Der als AT2018cow (und mit dem Spitznamen „The Cow“) katalogisierte Blitz war sowohl kürzer als auch etwa zehnmal leuchtender als eine durchschnittliche Supernova. Spektroskopische Beobachtungen zeigten das Vorhandensein großer Mengen an Wasserstoff und Helium sowie Austrittsgeschwindigkeiten von 10 % der Lichtgeschwindigkeit. Während seine sichtbare Lichtemission schnell verblasste, produzierte The Cow in späteren Stadien seiner kosmischen Leistung Radiowellen und Röntgenstrahlen.

Seitdem wurde eine Handvoll ähnlicher FBOTs beobachtet, und kreative Theoretiker fanden eine Vielzahl möglicher Erklärungen, einschließlich der Kollision zweier weißer Zwergsterne; die Verschmelzung eines Riesensterns und eines kompakten Neutronensterns; und ein Gezeitenstörungsereignis, bei dem ein Stern von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse verschlungen wird.

In der Zwischenzeit haben Folgebeobachtungen von The Cow durch das NICER-Röntgenteleskop auf das Vorhandensein eines übrig gebliebenen Neutronensterns oder eines Schwarzen Lochs hingewiesen, was auf eine mögliche Verbindung mit Supernovae oder Gammastrahlenausbrüchen (GRBs), den Explosionen von Massiven, hindeutet Sterne. Theoretiker hatten ähnliche Modelle vorgeschlagen, aber keines hatte alle Beobachtungen erklärt.

Gottlieb beschreibt nun zusammen mit Alexander Tchekhovskoy (ebenfalls bei Northwestern) und Raffaella Margutti (University of California, Berkeley) ein detailliertes Szenario, das „natürlich den gesamten Satz von FBOT-Observablen erklären kann“, wie sie in den Monthly Notices of vom 11. April schreiben der Royal Astronomical Society (kostenloser Vorabdruck erhältlich).

„Es ist ein wunderschönes Modell“, kommentiert der Astrophysiker Ralph Wijers (Universität Amsterdam).

Reguläre Supernovae sind mehr oder weniger kugelsymmetrisch. Die vom kollabierenden Stern freigesetzte Energie wird über eine riesige Menge an Sternmaterial verteilt, wodurch die Explosion gemildert wird. Wenn andererseits der Vorläuferstern massereich ist, schnell rotiert und den größten Teil seines Wasserstoff- und Heliummantels verloren hat, werden beim Kollaps zwei Jets in den interstellaren Raum geschleudert. Entlang der Rotationsachse des Sterns in entgegengesetzte Richtungen freigesetzt, erzeugen diese Jets das extrem hochenergetische Feuerwerk eines langen GRB.

Laut Gottlieb, Tchekhovskoy und Margutti füllen FBOTs die Lücke zwischen diesen beiden explosiven Szenarien. In FBOTs dreht sich der kollabierende Kern des Vorläufers schnell genug, um Jets zu produzieren, genau wie in GRBs. Aber aus irgendeinem Grund hat der Stern seine massive Wasserstoff- und Heliumhülle beibehalten, die die Jets „erstickt“, so dass es unwahrscheinlich ist, dass sie bis zur Oberfläche des Sterns vordringen. Stattdessen türmen sich zwei massive Kokons aus Sternengas um die Köpfe der Jets; Diese Kokons werden schließlich mit etwa 10 % der Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum geblasen.

Das plötzliche Auftauchen der düsengetriebenen Kokons und ihre anschließende Abkühlung erklären die schnellen Veränderungen, die Astronomen im sichtbaren Licht der FBOTs sehen, argumentieren die Autoren. Ihre Wechselwirkung mit umgebendem zirkumstellarem Material erzeugt Radiowellen. Und wenn sich die Trümmer des explodierenden Sterns weit genug ausdehnen, können Röntgenstrahlen vom zentralen Überrest (entweder ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch) in den Weltraum austreten. „Unser Modell ist in der Lage, eine Grenze zwischen Supernovae, GRBs und FBOTs zu ziehen, was ich für sehr elegant halte“, sagte Gottlieb in einer Presseerklärung.

Wijers gehört zu den Theoretikern, die von Anfang an glaubten, dass FBOTs „einen Teil der Lücke füllen“ könnten zwischen regulären Supernovae und Gammastrahlenausbrüchen. „Aber das war so etwas wie ein handwinkendes Argument“, sagt er. „Dieses neue Papier ist eine solide theoretische Untermauerung, sowohl analytisch als auch durch Computersimulationen, die wirklich zeigt, dass es funktionieren könnte.“

Andererseits weist er darauf hin, dass noch mehr zu tun ist: Während das neue Modell das schnelle Verblassen des sichtbaren Lichts von The Cow vorhersagt, tut es dies nicht in dem Maße, wie es beobachtet wurde. Zukünftige Beobachtungen weiterer FBOTs, von denen viele voraussichtlich vom kommenden Vera C. Rubin-Observatorium gefunden werden, werden hoffentlich zu einem noch besseren Verständnis dieser seltenen explosiven Bestien beitragen.


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