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Astronomie+Physik

Blick auf die Geburt eines Schwarzen Lochs

Supernova
Neutronensterne (links) und Schwarze Löcher entstehen bei Supernovae – diese Geburt haben Forscher nun beobachtet. (Grafik: NASA/GSFC, Penn State, NAOA/AURA)

Wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebenszyklus explodiert, entsteht ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch –das ist bekannt. Doch erst jetzt sind Astronomen erstmals Augenzeugen der Geburt eines solchen Objekts geworden. Die Chance dazu erhielten sie bei einer ungewöhnlichen Supernova im Sommer 2018. Weil bei dieser nur wenig verhüllendes Sternenmaterial ausgeschleudert wurde, konnten sie bis ins Herz des Geschehens blicken – dorthin, wo durch den Sternenkollaps das Schwarze Loch oder der Neutronenstern entsteht.

Am 16. Juni 2018 leuchtete plötzlich ein neues Objekt am Himmel auf. Die helle Anomalie lag 200 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Herkules und ähnelte auf den ersten Blick einer Supernova. Ein automatisches Teleskop auf Hawaii entdeckte diese neue Lichtquelle als erstes und sendete eine Meldung an die Astronomengemeinschaft. Sofort richteten auch andere Forscher ihre Teleskope auf dieses Objekt und beobachteten das Ereignis in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums – von Radiowellen bis in den Gammastrahlenbereich. „Mir wurde schnell klar, dass dieses Ereignis besonders ist. Es war schnell, blau und sehr hell – anders als alle Supernovae, die ich zuvor gesehen hatte“, erinnert sich Regis Cartier vom Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR) in Chile.

Eine ungewöhnliche Supernova

Beobachtungen während der nächsten Tage bestätigten den ersten Eindruck: „Wir dachten, es müsse sich um eine Supernova handeln, sagt Studienleiterin Raffaella Margutti von der Northwestern University. „Aber was wir beobachteten, widersprach unseren Vorstellungen des Sternentods.“ So war die Strahlenquelle zehn bis 100 Mal heller als eine normale Supernova. Gleichzeitig veränderte sie sich deutlich schneller als bei einer typischen Sternenexplosion: „Die Quelle wechselte von inaktiv zum Höhepunkt der Strahlung innerhalb weniger Tage“, so Margutti. Dann sank die Helligkeit innerhalb von nur 16 Tagen rapide ab. Spektrometrische Analysen der Strahlung enthüllten, dass diese Explosion Material und Partikel mit rund zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit ausschleuderte – schneller als bei den meisten anderen Supernovae.

Dennoch bestätigten die Untersuchungen, dass es sich um eine Sternenexplosion handelte: Die Astronomen detektierten die spektralen Signale von Wasserstoff und Helium und es gab keinerlei Hinweise auf eine Kollision oder Verschmelzung irgendeiner Art, wie sie berichten. Dafür enthüllten weitere Analysen noch eine Besonderheit dieser Supernova: Sie schleuderte zehnmal weniger Material und Sternentrümmer aus als normalerweise üblich. Das ermöglichte es den Astronomen erstmals, tief ins Innere des Geschehens zu blicken. „Das wäre bei einer normalen Sternenexplosion schwer gewesen, aber AT2018cow hatte eine so geringe Ejektamasse, dass wir die Strahlung des zentralen ‚Motors‘ direkt sehen konnten“, berichtet Margutti.

„Das haben wir nie zuvor gesehen“

Diese Beobachtungen ermöglichten es den Forschern erstmals, Augenzeugen der Geburt eines Neutronensterns oder Schwarzen Lochs zu werden – welches von beiden bei AT2018cow entstand, ist bisher noch unklar. „Wir wissen aus der Theorie, dass diese Objekte beim Tod eines massereichen Sterns entstehen“, sagt Marguttis Kollege Giacomo Terreran. „Aber wir haben sie noch nie sehen können, direkt nach dem sie geboren wurden.“ Die Beobachtungen und weitere Auswertungen ihrer Daten könnten nun dazu beitragen, die physikalischen Vorgänge bei diesem kosmischen Kollaps und der Bildung eines Neutronensterns oder Schwarzen Lochs genauer zu verstehen.

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Die Forscher hoffen zudem, in Zukunft weitere Vertreter dieser ejektaarmen Supernovae zu entdecken. Sie vermuten, dass es im Kosmos eine ganze Klasse dieser sogenannten „fast luminous Transients“ gibt – der schnellen, hellen Veränderlichen.

Quelle: Meeting of the American Astronomical Society; Astrophysical Journal, in press.

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