Im August 2017 entdeckte das Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) Wellen, von denen angenommen wurde, dass sie durch eine Neutronensternfusion verursacht wurden. Dieses als GW170817 bekannte „Kilonova“ -Ereignis war das erste astronomische Ereignis, das sowohl in Gravitations- als auch in elektromagnetischen Wellen erfasst wurde - einschließlich sichtbarem Licht, Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und Radiowellen.
In den Monaten nach der Fusion haben umlaufende und bodengestützte Teleskope auf der ganzen Welt GW170817 beobachtet, um zu sehen, was daraus resultiert. Laut einer neuen Studie eines internationalen Astronomenteams ergab die Fusion einen schmalen Materialstrahl, der mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit in den interstellaren Raum gelangte.
Die Studie mit dem Titel „Superluminale Bewegung eines relativistischen Strahls bei der Neutronen-Stern-Fusion GW170817“, die ihre Ergebnisse beschreibt, erschien kürzlich in der Zeitschrift Natur. Die Studie wurde von Kunal Mooley, einem Jansky Research Fellow bei Caltech und dem National Radio Astronomy Observatory (NRAO), geleitet. Adam Deller von OzGrav und dem Zentrum für Astrophysik und Supercomputing der Swinburne University; und Ore Gottlieb, ein Doktorand der Universität Tel Aviv.
Zu ihnen gesellten sich Mitglieder der NRAO, des California Institute of Technology (Caltech), des Onsala Space Observatory, der Hebrew University of Jerusalem, der Texas Tech University und der Princeton University. Für ihre Studie kombinierte das Team Daten aus dem Very Long Baseline Array (VLBA) der NSF, dem Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) und dem Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT).
Mithilfe dieser Daten konnten sie ein langjähriges Rätsel um die Fusion lösen, nämlich, ob ein Materialstrahl aus den Polen hervorgegangen war oder nicht. Wissenschaftler vermuteten, dass dies der Fall war, da solche Jets erforderlich sind, um die Gammastrahlenausbrüche zu erzeugen, von denen angenommen wird, dass sie durch die Fusion von Neutronen-Stern-Paaren verursacht werden.
Nach der Beobachtung des Objekts 75 Tage nach dem Zusammenschluss und erneut nach 230 Tagen stellte das Team fest, dass sich eine Region mit Funkemissionen aus dem Zusammenschluss mit unglaublichen Geschwindigkeiten bewegt hatte. Diese Beobachtungen konnten nur durch das Vorhandensein eines starken Strahls erklärt werden. Wie Dr. Mooley in einer NRAO-Pressemitteilung erklärte:
„Wir haben eine scheinbare Bewegung gemessen, die viermal schneller ist als Licht. Diese Illusion, die als superluminale Bewegung bezeichnet wird, entsteht, wenn der Strahl fast auf die Erde gerichtet ist und sich das Material im Strahl nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt. “
"Basierend auf unserer Analyse ist dieser Jet höchstwahrscheinlich sehr schmal, höchstens 5 Grad breit und nur 20 Grad von der Erdrichtung entfernt gerichtet", fügte Adam Deller hinzu. "Aber um unseren Beobachtungen zu entsprechen, muss das Material im Jet auch mit über 97 Prozent der Lichtgeschwindigkeit nach außen strahlen."
Aus diesen neuen Daten ergab sich ein neues Szenario, das erklärt, was nach dem Kilonova-Ereignis passiert ist. Im Wesentlichen verursachte die Fusion eine Explosion, die eine kugelförmige Trümmerhülle nach außen trieb. Währenddessen brachen die verschmolzenen Neutronensterne zusammen und bildeten ein schwarzes Loch, das Material darauf zu zog. Dies führte dazu, dass Material in eine sich schnell drehende Scheibe um das Schwarze Loch fiel, die ein Paar Jets erzeugte, die von ihren Polen nach außen schossen.
Wie Gregg Hallinan von Caltech betonte, war die Positionierung der Jets sehr glücklich. "Wir hatten das Glück, dieses Ereignis beobachten zu können, denn wenn der Jet viel weiter von der Erde entfernt gewesen wäre, wäre die Funkemission zu schwach gewesen, als dass wir sie hätten erkennen können", sagte er.
Daten aus diesen jüngsten Beobachtungen zeigten auch, dass der Jet mit der Trümmerhülle interagierte, die einen „Kokon“ aus Material bildete, der sich langsamer nach außen ausdehnt als die Jets. Dies half, ein weiteres Rätsel zu lösen, nämlich ob die erkannten Funkquellen das Ergebnis einer Interaktion mit dem Kokon waren oder aus dem Materialstrahl stammten. Wie Erz Gottlieb erklärte:
"Unsere Interpretation ist, dass der Kokon die Funkemission bis etwa 60 Tage nach der Fusion dominierte und zu einem späteren Zeitpunkt die Emission strahldominiert war."
Laut dem Forscherteam bestätigt diese Studie die Theorie, dass es einen Zusammenhang zwischen Neutronensternfusionen und kurzzeitigen Gammastrahlenausbrüchen gibt. Es wurde auch gezeigt, dass Jets relativ nahe an der Erde ausgerichtet sein müssen, damit diese Ausbrüche von unseren Observatorien erkannt werden können. Wie Mooley erklärte:
"Unsere Studie zeigt, dass die Kombination von Beobachtungen aus VLBA, VLA und GBT ein leistungsfähiges Mittel ist, um die mit Gravitationswellenereignissen verbundenen Jets und die Physik zu untersuchen."
Darüber hinaus liefern die Beobachtungen dieser Jets, die im Funkbereich des Spektrums durchgeführt wurden, neue und faszinierende Einblicke in dieses astronomische Phänomen. Letztendlich ist dies nur die letzte Überraschung, die GW170817 den Astronomen seit ihrer ersten Entdeckung bietet.
