Zwei Neutronensterne erleben eine „Nahbegegnung“. Ist der Jet mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ein Segen oder ein Fluch?

Hubble zeigt, dass sich Neutronenstern-Kollisionsstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen

Im August 2017 beobachteten Astronomen eine seltene Explosion, als zwei ultrakompakte Neutronensterne frontal kollidierten und dabei einen extrem starken Strahlungsstrahl freisetzten.

Zwei Tage später begann Hubble mit der Beobachtung des Jets. Bei dieser Explosion registrierten Astronomen erstmals Gravitationswellen eines Neutronensterns. Jetzt, fünf Jahre später, ist es Wissenschaftlern endlich gelungen, die Geschwindigkeit dieses Strahlungsstroms zu messen.

„Die Ergebnisse zeigen, dass die Geschwindigkeit des Jets zu Beginn des Starts 99,97 Prozent der Lichtgeschwindigkeit betrug“, sagte Wenbin Lu von der University of California in Berkeley, der für die Datenauswertung verantwortlich war, in einem Bericht.

Künstlerische Darstellung einer Neutronensternkollision. (Bildnachweis: Elizabeth Wheatley (STScI))

Künstlerische Interpretation einer Kollision zwischen zwei Neutronensternen. (Bildnachweis: Elizabeth Wheatley (STScI))

Die Wissenschaftler nennen das Ereignis GW170817 und es wurde ursprünglich durch die von der Explosion erzeugten Gravitationswellen und Gammastrahlen entdeckt. Die Signale wurden von 70 Observatorien auf der Erde und in erdnahen Umlaufbahnen aufgefangen, darunter auch Hubble. Die Daten zeigen, dass die Kollision dieser ultradichten Neutronensterne stark genug ist, um ein Schwarzes Loch und eine Explosion mit einer Gesamtenergiefreisetzung zu erzeugen, die mit der einer Supernova vergleichbar ist.

Während das neugeborene Schwarze Loch wächst, beginnt es, umgebende Materie in eine Wirbelscheibe zu ziehen, die dann Materie aus dem Zentrum in zwei Richtungen ausstößt – dies ist die Ursache der vom Hubble beobachteten Jets.

Um die Geschwindigkeit des Jets zu berechnen, beobachteten die Wissenschaftler insbesondere die Bewegung einer kleinen Wolke aus Explosionstrümmern, als diese mit dem Jet ins All flog. „Die Bestimmung der Flugbahn der Trümmer erfordert eine extrem hohe Datengenauigkeit, die der Messung des Durchmessers einer 12-Zoll-Pizza auf dem Mond von der Erde aus entspricht. Diese hochpräzisen Daten werden vom Hubble und einigen Radioteleskopen gesammelt“, schrieben NASA-Beamte in einem Bericht.

Diese Aufgabe ist schwierig, da der Strahl direkt auf die Erde gerichtet ist. Aus diesem Grund scheint die Geschwindigkeit des Strahls höher zu sein – obwohl die Lichtgeschwindigkeit nicht überschritten werden kann, zeigen Beobachtungsdaten, dass die Strahlgeschwindigkeit fast das Vier- bis Siebenfache der Lichtgeschwindigkeit beträgt.

„Ich war erstaunt, wie präzise die Messungen mit dem Hubble-Teleskop waren. Sie sind sogar mit den leistungsstarken Very Long Baseline Interferometry-Radioteleskopen vergleichbar, die über die ganze Welt verteilt sind“, sagte Kunal P. Murray vom California Institute of Technology in dem Bericht. Er hat als Erstautor eine neue Arbeit in einem verwandten Forschungsgebiet fertiggestellt.

Die Wissenschaftler brauchten fünf Jahre, um eine Methode zu finden, die leistungsfähig genug war, um das Ereignis zu analysieren. Es dauert zwar lange, aber es lohnt sich. Jetzt stehen den Wissenschaftlern mehr Methoden zur Analyse der Neutronensternfusion zur Verfügung. Genauer gesagt können sie Gravitationswellen genauer untersuchen, was in Zukunft dazu beitragen könnte, die Expansionsrate des Universums genau zu messen.

Muhlys Artikel wurde am Mittwoch (13. Oktober) erfolgreich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

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Neutronensterne sind die kollabierten Kerne von Überriesensternen. Überriesen haben eine Masse zwischen dem 10- und 25-fachen der Sonnenmasse und können sogar noch massereicher sein, wenn sie reich an Metallen sind. Abgesehen von Schwarzen Löchern und einigen hypothetischen Himmelskörpern (wie Weißen Löchern, Quarksternen und seltsamen Sternen) sind Neutronensterne die kleinsten und dichtesten bekannten Himmelskörper. Neutronensterne haben einen Radius von etwa 10 Kilometern und können bis zu 1,4-mal so schwer sein wie unsere Sonne. Sie entstehen, wenn Riesensterne bei Supernova-Explosionen einen Gravitationskollaps erleiden. Während dieses Prozesses wird der Kern des Sterns komprimiert und seine Dichte übersteigt die eines Weißen Zwergs und erreicht schließlich die Dichte eines Atomkerns.

Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Weltraumteleskop, das 1990 in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht wurde und noch immer in Betrieb ist. Hubble war nicht das erste Weltraumteleskop, aber es ist eines der größten und vielseitigsten, was es zu einem leistungsstarken wissenschaftlichen Forschungsinstrument und einem astronomischen Segen für die breite Öffentlichkeit macht. Das Hubble-Teleskop ist ein großes Observatorium der NASA, benannt nach dem Astronomen Edwin Hubble. Das Space Telescope Science Institute wählt Objekte aus, die Hubble beobachten soll, und verarbeitet die gesammelten Daten, während das Goddard Space Flight Center das Space Shuttle betreibt.

Ein Schwarzes Loch ist ein Quasar, der einem idealen schwarzen Körper ähnelt. Es reflektiert kein Licht[6][7] und hat eine so starke Gravitationskraft, dass es einen Bereich bildet, aus dem alle Teilchen und elektromagnetische Strahlung, wie etwa Licht, nicht entkommen können[8].

Die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass eine ausreichend kompakte Masse die Raumzeit so krümmen kann, dass ein Schwarzes Loch entsteht[9][10]. Die Grenze des Bereichs, aus dem ein Entkommen unmöglich ist, wird als Ereignishorizont bezeichnet. Obwohl der Ereignishorizont einen enormen Einfluss auf das Schicksal und die Bedingungen der Objekte hat, die ihn durchqueren, scheinen Beobachtungen dieser Region keine Merkmale zu erkennen.[11] Darüber hinaus sagt die Quantenfeldtheorie in gekrümmter Raumzeit voraus, dass die vom Ereignishorizont emittierte Hawking-Strahlung zur Messung der Temperatur verwendet werden kann, die umgekehrt proportional zur Masse ist, genau wie das Spektrum eines schwarzen Körpers. In Schwarzen Löchern mit Sternmasse liegt diese Temperatur oft in der Größenordnung von einigen Milliardstel Kelvin und ist daher im Wesentlichen nicht beobachtbar.

VON:Stefanie Waldek

FY: Taokesasi

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