Forscher der Universität Turku waren an einer internationalen Zusammenarbeit unter der Leitung von Astrophysikern der Universität Kopenhagen beteiligt, die zu der Entdeckung führte. Die Studie ist gerade im Fachjournal Nature erschienen.
Kilonovas sind gewaltige Explosionen, die entstehen, wenn zwei sich umkreisende Neutronensterne schließlich kollidieren. Kilonovae sind verantwortlich für die Erschaffung großer und kleiner Dinge im Universum, von Schwarzen Löchern über Goldringatome bis hin zum Jod in unserem Körper. Sie schaffen die extremsten physikalischen Bedingungen in unserem Universum, und unter diesen Bedingungen erzeugt das Universum die schwersten Elemente des Periodensystems wie Gold, Platin und Uran.
Es gibt jedoch noch viel Unbekanntes über dieses sehr mächtige Phänomen. Die Entdeckung einer 140 Millionen Lichtjahre entfernten Kilonova im Jahr 2017 war das erste Mal, dass Wissenschaftler mit boden- und weltraumgestützten Teleskopen Informationen über eine Kilonova sammeln konnten. Wissenschaftler auf der ganzen Welt entschlüsseln immer noch die Daten dieser gewaltigen Explosion.
„Es gibt zwei superkompakte Sterne, die sich 100 Mal pro Sekunde umkreisen, bevor sie zusammenbrechen. Unsere Intuition und alle unsere früheren Modelle legen nahe, dass die durch die Kollision erzeugte Explosion abgeflacht und ziemlich asymmetrisch sein sollte“, sagt er Albert SchneppenErstautor der Studie und Doktorand am Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen.
Aus diesem Grund stellten Sneppen und seine Kollegen überrascht fest, dass dies bei der Kilonova 2017 nicht der Fall war. Die Explosion war völlig symmetrisch und fast perfekt rund.
„Es ist erstaunlich und völlig kontraintuitiv, eine solche Explosion zu beobachten, die rund wie eine Kugel ist. Unsere Berechnungen zeigen jedoch eindeutig, dass dies der Fall ist“, sagt er Rubina KotakForscher an der Universität Turku.
Kilonovas runde Form verwirrt Wissenschaftler. Laut den Forschern beinhaltet die Explosion unerwartete Physik.
„Die runde Explosion entsteht wahrscheinlich, weil aus dem Zentrum der Explosion eine enorme Energiemenge freigesetzt wird, die die ansonsten asymmetrische Form glättet. Die Kugelform ist also ein Zeichen dafür, dass im Zentrum der Explosion wahrscheinlich viel mehr Energie steckt als erwartet. Die Kollision“, sagt Sneppen.
Wenn Neutronensterne kollidieren, verschmelzen sie zu einem einzigen hypermassereichen Neutronenstern, der zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Wissenschaftler fragen sich, ob das Geheimnis der Kugelform in diesem Kollaps liegt. „Vielleicht entsteht in dem Moment, in dem Energie aus dem riesigen Magnetfeld eines hypermassereichen Neutronensterns freigesetzt wird, wenn der Stern in ein Schwarzes Loch kollabiert, eine Art ‚magnetische Bombe'. Die Freisetzung magnetischer Energie kann dazu führen, dass das explosive Material kugelförmiger wird. In diesem Fall kann die Entstehung eines Schwarzen Lochs sehr energisch sein“, sagt er Darach WatsonAssistenzprofessor am Niels-Bohr-Institut.
„Derzeit kann keine einzelne Theorie alle Beobachtungsergebnisse erklären. Wir erwarten in den kommenden Jahren neue Beobachtungen von Kilonovae und ihren Formen. Projekte wie der Gravitational-wave Optical Transient Observer (GOTO), bei dem die Universität Turku Partner ist, sind wichtig für die Detektion von Kilonovae und ähnlichen Objekten“, sagt Kotak.
Ein neuer kosmischer Herrscher
Die Form der Explosion ist auch aus einem ganz anderen Grund interessant.
Astronomen diskutieren über die Expansionsrate des Universums. Die Expansionsrate sagt uns, wie schnell das Universum wächst und somit wie alt es ist. Die beiden bestehenden Methoden zur Messung der Expansionsrate unterscheiden sich um etwa eine Milliarde Jahre. Mit der perfekten kreisförmigen Explosion einer Kilonova haben Astronomen jedoch möglicherweise einen dritten Weg, um die Debatte beizulegen.
In der Vergangenheit wurden Supernovae verwendet, um Entfernungen im Universum zu messen, aber Kilonovas könnten eine sauberere und genauere Methode bieten. Die Form der Kilonova-Explosion ist entscheidend, denn wenn das Objekt nicht perfekt rund ist, strahlt es je nach Betrachtungswinkel unterschiedlich.
Obwohl die kreisförmige Form der Explosion eine aufregende Entdeckung ist, sind sich die Wissenschaftler immer noch nicht sicher, wie sie entstanden ist. Der Theorie zufolge wurde eine enorme Energiemenge aus dem Zentrum der Explosion freigesetzt und die asymmetrische Form abgeflacht. Dies deutet darauf hin, dass im Zentrum der Explosion mehr Energie vorhanden ist als erwartet.
Die Astrophysikerin Rubina Kotak von der Universität Turku erklärte, dass der optische Transientenbeobachter für Gravitationswellen (GOTO), an dem die Universität von Turku beteiligt ist, für die Erkennung von Kilonovae und ähnlichen Phänomenen von entscheidender Bedeutung ist. Er sagte auch, er freue sich auf weitere Kilonova-Beobachtungen in den kommenden Jahren.
Die Entdeckung einer perfekt runden Kilonova hat neue Wege für die grundlegende Physik und die Bestimmung des Alters des Universums eröffnet. Während die wissenschaftliche Gemeinschaft das Phänomen weiter untersucht, könnten die Möglichkeiten und Auswirkungen dieser Entdeckung weitreichend sein.
HT
Quelle: Die nordische Seite