Neutronensterne verschmelzen zu Schwarzem Loch

Wissenschaftler haben das Signal eines Netronensterns gemessen, kurz bevor dieser zu einem Schwarzen Loch kollabierte. Vorher scheinen zwei Neutronensterne verschmolzen zu sein.

Die NASA hat gerade gerade diese neue Entdeckung in nachfolgendem Tweet und in diesem Artikel bekannt gegeben.

Dem Tweet nach haben Wissenschaftler die Existenz eines superschweren Neutronensterns entdeckt – kurz bevor dieser zu einem Schwarzen Loch wurde. Ein Neutronenstern ist der kollabierde Kern eines toten Sterns.

Ein Neutronenstern entsteht, wenn der Kern eines massereichen Sterns keinen Brennstoff mehr hat und kollabiert. Dabei entsteht eine Schockwelle, die den Rest des Sterns in einer Supernova-Explosion wegsprengt. Neutronensterne vereinen in der Regel mehr Masse als unsere Sonne, aber in einer Kugel von der Größe einer Stadt. Aber ab einer bestimmten Masse müssen solche schweren Neutronensterne zu schwarzen Löchern kollabieren.

Im Beitrag der NASA heißt es, dass Astronomen Archivbeobachtungen von gewaltigen Explosionen, so genannten kurzen Gammastrahlenausbrüchen (GRBs), untersucht. Dabei , haben sie Lichtmuster entdeckt, die auf die kurze Existenz eines superschweren Neutronensterns hinweisen, kurz bevor er zu einem Schwarzen Loch kollabierte. Dieses flüchtige, massereiche Objekt entstand wahrscheinlich durch die Kollision zweier Neutronensterne.

(Quelle: YouTube)

Ein Video auf Youtube zeigt die Simulation der sich ursprünglich umkreisenden Neutronensterne, die dann zu einem supermassereichen Neutronenstern verschmolzen. Und dieser Neutronenstern ist dann zu einem Schwarzen Loch kollabiert.

Sowohl die Compton-Daten als auch die Computersimulationen ergaben, dass Mega-Neutronensternedas Gewicht um 20 % des massereichsten, genau gemessene Neutronensterns J0740+6620  übersteigen, der selbst fast das 2,1-fache der Sonnenmasse wiegt. Superschwere Neutronensterne sind auch fast doppelt so groß wie ein typischer Neutronenstern oder etwa doppelt so lang wie der Stadtteil Manhattan Island von New York.

Die Meganeutronensterne drehen sich fast 78.000 Mal pro Minute – fast doppelt so schnell wie J1748-2446ad, der schnellste Pulsar, der je beobachtet wurde. Diese rasante Rotation stützt die Objekte kurzzeitig gegen einen weiteren Kollaps ab, so dass sie nur wenige Zehntelsekunden lang existieren können, bevor sie schneller als ein Wimpernschlag zu einem Schwarzen Loch kollabieren.

"Wir wissen, dass kurze GRBs entstehen, wenn umlaufende Neutronensterne zusammenstoßen, und wir wissen, dass sie schließlich zu einem Schwarzen Loch kollabieren, aber die genaue Abfolge der Ereignisse ist nicht gut verstanden", sagte Cole Miller, Professor für Astronomie am UMCP und Mitautor der Studie. "Irgendwann bricht das entstehende Schwarze Loch mit einem Strahl sich schnell bewegender Teilchen aus, der einen intensiven Blitz von Gammastrahlen, der energiereichsten Form von Licht, aussendet, und wir wollen mehr darüber erfahren, wie sich das entwickelt.

Kurze GRBs leuchten in der Regel weniger als zwei Sekunden lang, setzen aber eine Energie frei, die mit der Energie aller Sterne in unserer Galaxie in einem Jahr vergleichbar ist. Sie können in mehr als einer Milliarde Lichtjahren Entfernung entdeckt werden. Die Verschmelzung von Neutronensternen erzeugt auch Gravitationswellen, Wellen in der Raumzeit, die von einer wachsenden Zahl von bodengestützten Observatorien entdeckt werden können.

Computersimulationen dieser Verschmelzungen zeigen, dass die Gravitationswellen einen plötzlichen Frequenzsprung von über 1.000 Hertz aufweisen, wenn die Neutronensterne verschmelzen. Diese Signale sind für die bestehenden Gravitationswellenobservatorien zu schnell und zu schwach, um sie zu erkennen. Chirenti und ihr Team kamen jedoch zu dem Schluss, dass ähnliche Signale in der Gammastrahlenemission von kurzen GRBs auftreten könnten.

Astronomen nennen diese Signale quasiperiodische Oszillationen oder kurz QPOs. Anders als etwa das gleichmäßige Klingeln einer Stimmgabel können QPOs aus mehreren nahe beieinander liegenden Frequenzen bestehen, die sich mit der Zeit verändern oder abschwächen. Sowohl die Gammastrahlen- als auch die Gravitationswellen-QPOs entstehen im Strudel der wirbelnden Materie, wenn die beiden Neutronensterne miteinander verschmelzen.

Ein Artikel, der die Ergebnisse unter der Leitung von Chirenti beschreibt, wurde am Montag, 9. Januar, in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.