Gebündelter Materieausstoß mit nahezu Lichtgeschwindigkeit

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Bildquelle: O.S. Salafia, G. Ghirlanda, NASA/CXC/GSFC/B. Williams et al.

Vor 130 Millionen Jahren stießen in der Galaxie NGC 4993 zwei Neutronensterne zusammen. Auf der Erde registrierten Astronomen die kosmische Katastrophe am 17. August 2017 als Gammastrahlungsausbruch, als Gravitationswellensignal und auch als Aufleuchten im optischen, Radio- und Röntgenbereich. Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit 32 über den ganzen Globus verteilten Radioteleskopen zeigen jetzt, dass die Verschmelzung der Neutronensterne einen relativistischen Jet produziert hat – einen eng gebündelten Materiestrahl, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All hinaus schießt. Das widerspreche bisherigen Modellen des Ereignisses, nach denen der Jet von einem dichten Materie-Kokon um das bei der Kollision entstehende Schwarze Loch abgefangen wurde, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

Die von dem Team mit der Very Long Baseline Interferometry – der computergestützten Kopplung der Daten aller verwendeten Radioteleskope zur Erreichung eines höheren Auflösungsvermögens – am Ort der Neutronenstern-Kollision aufgespürte kompakte Radioquelle ist kleiner als 2,5 Milli-Bogensekunden. „Damit können wir das Szenario eines isotropen Materie-Ausstoßes ausschließen“, so Giancarlo Ghirlanda vom Nationalinstitut für Astrophysik in Italien und seine Kollegen, „denn das würde zu einer wesentlich größeren Radioquelle führen.“

Neutronensternen sind extrem dichten Überreste massereicher Sterne. Haben diese Sterne ihren nuklearen Brennstoffvorrat verbraucht, so kollabieren sie zu einem Objekt, in dem die Materie so dicht gepackt ist wie in den Kernen von Atomen. Der gewaltige Druck presst die Elektronen in die Protonen und verwandelt diese in Neutronen. In Doppelsternsystemen können zwei Neutronensterne entstehen, die sich langsam einander annähern und schließlich miteinander kollidieren. Dabei werden neben Gammastrahlung auch Gravitationswellen freigesetzt.

Aus dem Verlauf der Helligkeit des Nachglühens der Explosion hatten die Himmelsforscher zunächst gefolgert, dass sich um die kollidierenden Neutronensterne ein Kokon, also eine dichte Materiehülle, gebildet hat. Dieser Kokon hätte dann die Energie eines entstehenden Jets aufgenommen und seine weitere Ausbreitung verhindert. Dieses Modell muss nun offenbar revidiert werden – wie die Radiobeobachtungen zeigen, konnte sich doch ein relativistischer Jet bilden. Anhand von statistischen Überlegungen über die Häufigkeit von doppelten Neutronensternen und beobachteten Gammastrahlungsausbrüchen folgern Ghirlanda und seine Kollegen, dass bei mindestens zehn Prozent aller Neutronenstern-Kollisionen solche gebündelten Materiestrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All hinaus schießen.

Quelle: dx.doi.org/10.1126/science.aau8815

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