Kollidierende Neutronensterne haben einen Neutronenstern erschaffen, von dem wir dachten, er sei zu schwer, um zu existieren: ScienceAlert

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Ein Lichtblitz, der von kollidierenden Neutronensternen ausgestrahlt wird, hat unser Verständnis der Funktionsweise des Universums erneut auf den Kopf gestellt.

Die Analyse des kurzen Gammastrahlenausbruchs, der ausgespuckt wurde, als die beiden Sterne verschmolzen, ergab, dass, anstatt einen zu bilden schwarzes Lochwie erwartet, war das unmittelbare Produkt der Fusion eine stark magnetisierte Neutronenstern viel schwerer als die geschätzte maximale Neutronensternmasse.

Dieser Magnetar scheint über einen Tag bestanden zu haben, bevor er in ein Schwarzes Loch kollabierte.

„Ein so massereicher Neutronenstern mit einer langen Lebenserwartung wird normalerweise nicht für möglich gehalten“, sagt die Astronomin Nuria Jordana-Mitjans von der University of Bath im Vereinigten Königreich gesagt Der Wächter. “Es ist ein Rätsel, warum dieser so langlebig war.”

Neutronensterne befinden sich in einem Spektrum, wie ein Stern am Ende seines Lebens enden kann. Für Millionen oder Milliarden (oder möglicherweise Billionen) von Jahren wird ein Stern dahintuckern, ein Motor, der Atome in seinem heißen, unter Druck stehenden Kern verschmilzt.

Irgendwann gehen die Atome, die ein Stern verschmelzen kann, zur Neige, und an diesem Punkt explodiert alles irgendwie. Der Stern stößt seine äußere Masse ab und der Kern kollabiert unter dem inneren Druck der Schwerkraft, da er nicht mehr durch den nach außen gerichteten Druck der Fusion unterstützt wird.

Wie wir diese kollabierten Kerne kategorisieren, hängt von der Masse des Objekts ab. Die Kerne von Sternen, die zu Beginn etwa die achtfache Masse der Sonne hatten, kollabieren zu Weißen Zwergen, die eine obere Massengrenze von 1,4 Sonnenmassen haben und sich zu einer Kugel von der Größe der Erde zusammendrücken.

Die Kerne von Sternen zwischen 8 und 30 Sonnenmassen verwandeln sich in Neutronensterne zwischen etwa 1,1 und 2,3 Sonnenmassen in einer Kugel von nur 20 Kilometern Durchmesser. Und die größten Sterne über der oberen Massengrenze der Neutronensterne kollabieren Schwarze Löcherlaut Theorie.

Aber es gibt einen sehr bemerkenswerten Mangel an Schwarzen Löchern unter 5 Sonnenmassenwas also in diesem Massenregime passiert, ist weitgehend ein Rätsel.

Deshalb sind Verschmelzungen von Neutronensternen für Astronomen so interessant. Sie entstehen, wenn sich zwei Neutronensterne in einem Doppelsternsystem befinden und den Punkt des Orbitalzerfalls erreicht haben, an dem sie unweigerlich zusammenfließen und zu einem Objekt werden, das die beiden Neutronensterne vereint.

Die meisten binären Neutronensterne haben eine kombinierte Masse, die die theoretische obere Massengrenze für Neutronensterne überschreitet. Die Produkte dieser Verschmelzungen werden also wahrscheinlich fest in dieser Massenlücke zwischen Neutronenstern und Schwarzem Loch sitzen.

Wenn sie kollidieren, setzen Neutronendoppelsterne einen Ausbruch hochenergetischer Strahlung frei, der als kurzzeitiger Gammastrahlenausbruch bekannt ist. Wissenschaftler hatten gedacht, dass diese nur während der Entstehung eines Schwarzen Lochs emittiert werden könnten.

Aber wie genau sich die verschmelzenden Neutronensterne in ein Schwarzes Loch verwandeln, war ein Rätsel. Bildet sich das Schwarze Loch augenblicklich oder produzieren die beiden Neutronensterne einen sehr schweren Neutronenstern, der dann sehr schnell zu einem Schwarzen Loch kollabiert, nicht mehr als ein paar hundert Millisekunden nach der Verschmelzung?

GRB 180618A war ein kurzzeitiger Gammastrahlenausbruch, der im Juni 2018 entdeckt wurde, Licht, das 10,6 Milliarden Jahre gereist war, um uns zu erreichen. Jordana-Mitjans und ihre Kollegen wollten sich das von diesem Objekt ausgestrahlte Licht genauer ansehen: den Ausbruch selbst, die Kilonova-Explosion und die langlebiger Nachglühen.

Aber als sie sich die elektromagnetische Strahlung ansahen, die durch das Ereignis im Laufe der Zeit erzeugt wurde, stimmte etwas nicht.

Die optische Emission des Nachleuchtens verschwand 35 Minuten nach dem Gammastrahlenausbruch. Das Team stellte fest, dass dies daran lag, dass es sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnte, beschleunigt durch eine kontinuierliche Energiequelle.

Dies stimmte nicht mit einem Schwarzen Loch überein, sondern mit einem Neutronenstern. Und nicht irgendein Neutronenstern. Es schien das zu sein, was wir einen Magnetar nennen: einer mit einem Magnetfeld, das 1.000-mal stärker ist als das eines gewöhnlichen Neutronensterns, und a Billiarden Mal stärker als die der Erde. Und es hing über 100.000 Sekunden (fast 28 Stunden) herum.

“Zum ersten Mal,” sagt Jordana-Mitjans„heben unsere Beobachtungen mehrere Signale von einem überlebenden Neutronenstern hervor, der mindestens einen Tag nach dem Tod der ursprünglichen Neutronenstern-Binärdatei lebte.“

Was dem Magnetar geholfen haben könnte, so lange zu leben, ist nicht klar. Es ist möglich, dass das Magnetfeld ein wenig nachgeholfen hat nach außen ziehen das verhinderte, dass es zumindest für eine Weile vollständig zusammenbrach.

Was auch immer der Mechanismus war – und dies wird definitiv weitere Untersuchungen rechtfertigen – die Arbeit des Teams zeigt, dass supramassereiche Neutronensterne in der Lage sind, kurzzeitige Gammastrahlenausbrüche auszulösen, und dass wir nicht länger von der Anwesenheit eines Schwarzen Lochs ausgehen können.

“Solche Ergebnisse sind wichtig, da sie bestätigen, dass neugeborene Neutronensterne einige Kurzzeit-GRBs und die hellen Emissionen über das elektromagnetische Spektrum, die sie begleiten, mit Energie versorgen können”, Jordana-Midjans sagt.

„Diese Entdeckung könnte einen neuen Weg bieten, Neutronensternverschmelzungen zu lokalisieren, und damit Gravitationswellen Sender, wenn wir den Himmel nach Signalen absuchen.”

Die Forschung wurde in veröffentlicht Das Astrophysikalische Journal.

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