Die Perspektive eines Künstlers auf die Folgen einer Kilonova NASA/ CXC/ M.Weiss
Forscher der Northwestern University und des Weinberg College of Arts and Sciences sind möglicherweise auf ein Kilonova-Nachglühen gestoßen, das erste seiner Art, das je beobachtet wurde, laut a Pressemitteilung der Universität.
Eine Kilonova ist die Verschmelzung zweier Neutronensterne, die eine Explosion erzeugt, die 1.000-mal heller ist als eine klassische Nova. Am 17. August 2017 beobachteten Astronomen die allererste Verschmelzung von Neutronensternen, GW170817, unter Verwendung von Licht- und Gravitationswellen. Seitdem haben Forscher auf der ganzen Welt Boden- und Weltraumteleskope auf dieses Ereignis gerichtet, um es im gesamten elektromagnetischen Spektrum zu untersuchen.
Was die Astronomen beobachtet haben
Aprajita Hajela, eine Doktorandin an der Northwestern University, war auch eine der vielen Astronomen, die sich mit GW170817. Verwendung von NASAs Röntgenobservatorium Chandra, bemerkten Hajela und ihr Team, dass das Fusionsereignis einen Jet geschaffen hatte, der Röntgenstrahlen mit sehr naher Lichtgeschwindigkeit aussendete. Anfang 2018 begannen die Röntgenemissionen des Jets stetig zu verblassen, als sie langsamer wurden und sich ausdehnten.Ab März 2020 wurde das Dimmen der Emissionen jedoch eingestellt und die Helligkeit des Jets blieb konstant.
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„Die Tatsache, dass die Röntgenstrahlen schnell aufhörten zu verblassen, war unser bisher bester Beweis dafür, dass in dieser Quelle etwas anderes als ein Jet in den Röntgenstrahlen entdeckt wird“, sagte Raffaella Margutti, eine Astrophysikerin und Hajelas Beraterin.
Was könnte hinter den Röntgenemissionen stecken?
Die Forscher glauben, dass die expandierenden Trümmer der Fusion einen Schock erzeugt haben – ähnlich wie ein Überschallknall von einem Überschallflugzeug. Der Schock heizt die umgebenden Materialien auf, die nun Röntgenstrahlen emittieren. Dies ist das Kilonova-Nachglühen, das nnoch nie beobachtet.
Eine alternative Erklärung könnte sein Verschmelzung der Neutronensterne hat ein Schwarzes Loch geschaffen, in das die Trümmer jetzt fallen und vor seinem Fall Röntgenstrahlen aussenden. Selbst wenn eine der Erklärungen zutrifft, wäre dies immer noch eine Premiere für das Gebiet der Astronomie.
„Wir haben hier Neuland betreten, indem wir die Folgen einer Neutronensternverschmelzung untersucht haben“, sagte Hajela in der Pressemitteilung. „Wir betrachten zum ersten Mal etwas Neues und Außergewöhnliches. Dies gibt uns die Möglichkeit, zu studieren undneue physikalische Prozesse verstehen, die bisher noch nicht beobachtet wurden."
Um herauszufinden, welche dieser Theorien das Kilonova-Nachleuchten erklären können, werden die Forscher GW170817 weiterhin mit Röntgenstrahlen und Radiowellen beobachten. Wenn es das Nachleuchten ist, werden die Röntgen- und Radioemissionen in den nächsten Monaten heller werdenoder Jahren.Wenn dies jedoch durch ein Schwarzes Loch verursacht wird, nimmt die Röntgenleistung mit der Zeit ab, bis keine Emissionen mehr beobachtet werden können.
In jedem Fall werden Astronomen entweder lernen, dass ein Neutronenstern nicht sofort ein Schwarzes Loch bildet, oder in der Lage sein zu beobachten, wie Trümmer im Laufe der Zeit in ein Schwarzes Loch fallen.
Die Forschung soll im Journal of Astrophysical Letters veröffentlicht werden. Sie ist auch als nicht begutachtete Veröffentlichung unter erhältlich.arxiv.org.
Studienzusammenfassung:
Die Verschmelzung von binären Neutronensternen BNS GW170817 ist das erste Himmelsobjekt, von dem sowohl Gravitationswellen GWs als auch Licht entdeckt wurden, was kritische Einblicke in die physikalischen Eigenschaften vor der Verschmelzung GWs und nach der Verschmelzung Licht ermöglichtdieser Phänomene. In den ersten ∼3 Jahren nach der Fusion wurde die nachgewiesene Radio- und Röntgenstrahlung von der Emission eines strukturierten relativistischen Strahls dominiert, der anfänglich ∼15−25 Grad von unserer Sichtlinie weg gerichtet war und sich in einen niedrigenDichtemedium. Hier berichten wir über Beobachtungsbeweise für das Auftreten einer neuen Röntgenemissionskomponente bei δt>900 Tagen nach der Fusion. Die neue Komponente hat eine Leuchtkraft von Lx≈5×1038ergs−1 bei 1234 Tagen und stellt eine ∼3,5 darσ - 4,3σ Überschuss im Vergleich zu den Erwartungen des Off-Axis-Jet-Modells, das am besten zum Multiwellenlängen-Nachglühen von GW170817 zu früheren Zeiten passt Ein Mangel an nachweisbarer Radioemission bei 3 GHz etwa zur gleichen Zeit deutet auf ein härteres Breitbandspektrum als das hinJet-Nachglühen TDiese Eigenschaften stimmen mit der Synchrotron-Emission eines leicht relativistischen Schocks überein, der durch die sich ausdehnenden Fusions-Ejekta erzeugt wird, dh ein Kilonova-Nachglühen.In diesem Zusammenhang zeigen unsere Simulationen, dass der Röntgenüberschuss das Vorhandensein eines Hochgeschwindigkeitsschweifs in den Verschmelzungsauswürfen unterstützt und gegen den sofortigen Kollaps des Verschmelzungsüberrests in ein Schwarzes Loch spricht.Strahlung aus Akkretionsprozessen auf dem Überrest kompakter Objekte stellt jedoch eine praktikable Alternative zum Kilonova-Nachglühen dar.Weder ein Kilonova-Nachglühen noch eine durch Akkretion angetriebene Emission wurden zuvor beobachtet.