Zum ersten Mal haben wir eine supermächtige Neutronenstern-Kollision entdeckt

In einer fernen Galaxie boomte etwas Großes. Es war keine Nova. Es war keine Supernova. Es war eine Kilonova, die mit genug Energie explodierte, dass vier verschiedene Teleskope, die praktisch das gesamte Energiespektrum überwachten, sie aufnahmen. Und bevor die Astronomen irgendeinen visuellen Beweis für diese katastrophale Kollision sahen, nahmen ihre Instrumente die Bewegung der Gravitationswellen auf, die Wellen durch das Gewebe der Raum-Zeit schickten.

In Forschungsarbeiten, die heute in drei verschiedenen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden (Nature, Nature Astronomy und Astrophysical Journal Letters), skizzieren Hunderte von Physikern und Mitarbeitern eine einzigartige Beobachtung: die schwer fassbare Fusion von Neutronensternen.

"Da wir diese Lichtshow gesehen haben, die das Gravitationswellenereignis begleitet, mussten wir davon ausgehen, dass mindestens eines der Objekte ein Neutronenstern war", sagt Nergis Mavalvala, MIT-Professor und Mitarbeiter am Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) ). Das Team glaubt, dass beide Objekte Neutronensterne waren, "aber als Wissenschaftler können wir nicht mit Sicherheit sagen", dass das schwerere Objekt kein kleines Schwarzes Loch war.

Neutronensterne sind die dichten Kerne von Sternen, die zuvor in Supernova verwandelt wurden und ihr äußeres Material verloren haben. Wenn der verbleibende Kern des Sterns weniger als das Zweieinhalbfache der Masse der Sonne beträgt, wird er zu einer Kugel mit einem Durchmesser von sechs Meilen und dichter, ausschließlich aus Neutronen bestehender Materie. Noch massiver, und der Stern wird zu einem schwarzen Loch zusammenbrechen. Neutronensterne sind nach Schwarzen Löchern die zweitdichtesten bekannten Objekte im Universum und bilden sich unter ähnlichen Umständen.

"Die Unsicherheit ergibt sich aus der Tatsache, dass es keine festen Grenzen zwischen der Masse eines Neutronensterns und der Masse eines Schwarzen Lochs gibt", sagt Mavalvala.

Die Fusion aus Sicht des GROND-Teleskops von ESO.ESO / S. Smartt & T.-W. Chen

Als die Explosion einer Neutronenstern-Fusion in der 130 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie NGC 4993 stattfand, sandte sie physikalische Wellen durch das Gefüge der Raumzeit. Diese Gravitationswellen waren stark genug, dass die beiden LIGO-Observatorien und die europäische Schwesterstation Virgo die Signale aufnahmen. Sekunden später sah das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop einen hellen Blitz, der als kurze Gammastrahlenexplosion bezeichnet wurde und zwei Sekunden dauerte. Dann brach das Feuerwerk der Explosion aus, das von mehreren bodengestützten Observatorien beobachtet wurde.

Dies ist das vierte Gravitationswellenereignis, das von LIGO in den letzten zwei Jahren dokumentiert wurde, obwohl das neueste kosmische Ereignis einzigartig ist. Die vorherigen drei Detektionen von Gravitationswellen erfolgten durch Fusionen von Schwarzen Löchern, während diese Neutronensternfusion viel kleinere Objekte umfasste und eine optische Komponente aufwies, als die Forscher den Gammastrahlenausbruch und das Licht aus den Kilonova-Explosionsmomenten nach den Gravitationswellen entdeckten.

Die Zusammenarbeit zwischen LIGO, Virgo und mehreren weiteren Observatorien zeigt die Kraft dieser Instrumente, um immer kleinere Gravitationsereignisse zu finden. Das Virgo-Interferometer in Europa war entscheidend, um den Ursprung der Fusion zu bestimmen, da es sich von LIGO unterscheidet und die Gravitationswellen zur Quelle zurückverfolgen lässt. Wenn mehr Neutronenstern-Fusionen auftreten, können Bodenbeobachter durch die Zusammenarbeit zwischen LIGO und Virgo ihre Teleskope sofort auf das Ereignis-Epizentrum richten, wie dies bei der Fusion mit NGC 4993 der Fall war.

Die neue Erkennung von Gravitationswellen dient auch als Maßstab in einer neuen Ära der Astronomie, in der gewalttätige, aber nahezu unsichtbare Kataklysmen "gefühlt" werden können, wenn sie durch die Struktur des Weltraums selbst reißen.

Die Veranstaltung ist technisch noch nicht abgeschlossen, da die Forscher die eintreffenden Gravitationswellen hier auf der Erde weiter messen. Die Teams von LIGO und Virgo wissen nicht genau, was im Zentrum der Katastrophe entsteht - es könnte sich um einen größeren Neutronenstern handeln, oder die angesammelte Masse könnte ausreichen, um in ein Schwarzes Loch zusammenzufallen. Mavalvala sagt, es sei schwer zu spekulieren, da der Neutronenstern-Zusammenschluss das erste derartige Ereignis sei, das jemals beobachtet wurde.

"Wir löschen immer noch die Daten", sagt Mavalvala. "Es ist einfach zu früh zu sagen, und ich halte mich nicht zurück."