Haben wir schon unseren ersten „Schnappschuss“ gesehen? – Ars Technica

Beim Durchkämmen einer Fülle von Daten haben Forscher möglicherweise Beweise dafür entdeckt, dass wir tatsächlich unser erstes „Glitzern“ beobachtet haben, ein seltsames astronomisches Ereignis, das durch den plötzlichen Kollaps eines extrem massereichen Neutronensterns verursacht wurde. Dieses Ereignis wurde durch eine frühere Verschmelzung zweier Neutronensterne ausgelöst; Dadurch entsteht ein instabiler Neutronenzwischenstern, der durch seine schnelle Rotation am sofortigen Kollaps gehindert wird. In einem Blitzkrieg verlangsamen die starken Magnetfelder des Neutronensterns seine Rotation, wodurch er mehrere Stunden nach der Verschmelzung zu einem Schwarzen Loch kollabiert.

Dieser Zusammenbruch löscht abrupt den Dynamo, der die Magnetfelder antreibt, und setzt ihre Energie in Form eines schnellen Funkstoßes frei. Die Forscher, die die Analyse durchführten, schlugen vor, dass dieses Phänomen die einmaligen Formen dieser Ereignisse erklären könnte.

Zu groß zum Leben

Wie groß kann ein Neutronenstern werden, bevor er in ein Schwarzes Loch kollabiert? Wir haben keine gute Antwort, zum Teil, weil wir nicht sicher sind, was mit den seltsamen Materieformen in einem dieser massiven Objekte passiert. Wir wissen nicht einmal, ob die Neutronen, die dem Stern seinen Namen geben, verweilen oder in ihre Quarks zerfallen. Es ist eine dieser lästigen Fragen, bei denen die Antwort „es kommt darauf an“ beinhaltet.

Die große Sache, von der es abhängt, ist, wie schnell sich der Neutronenstern dreht. Eine Drehung, die schnell genug ist, kann die Gravitationskraft auf die äußeren Schichten des Neutronensterns negieren und etwas zu schwer halten, um ein bisschen zu bleiben. Wenn sich die Drehung verlangsamt, wird alles schnell in einen einzigen Zustand zerkleinert. Der einfachste Weg, einen dieser Sterne zu verlangsamen, ist durch sein Magnetfeld, das mit geladenen Teilchen in der Umgebung interagiert und die Rotation des Objekts zieht.

Dies sind die Bedingungen, die erforderlich sind, damit ein Neutronenstern verschmelzen und eine Blitzwelle erzeugen kann. Wenn Neutronensterne schwer genug sind, würde ihre Verschmelzung ein Objekt oberhalb der Massengrenze schaffen, das sie zu einem Schwarzen Loch kollabieren lassen sollte. Aber die Kollision wird wahrscheinlich auch dazu führen, dass sich das Objekt schnell genug dreht, dass es nicht zusammenbrechen kann. Ihr superflüssiges Inneres könnte einen Dynamo beherbergen, der ein starkes Magnetfeld unterstützt, das das Objekt wahrscheinlich zu einem Magnetar machen, aber sicherlich seine Drehung verlangsamen würde. Die Dynamik dieses Gleichgewichts muss innerhalb von Stunden nach der Verschmelzung der Neutronensterne blitzschnell erfolgen.

Sobald der Zusammenbruch eintritt, verschwindet der Dynamo, der die Magnetfelder erzeugt hat, zusammen mit dem Rest des Neutronensterns. In diesem Feld wirbelt viel Energie herum, und der Verlust eines Neutronensterns setzt sie in einem Prozess frei, den das neue Papier als „Magnetosphärenablösung“ bezeichnet. Dieser Energieschub ist etwas, das wir potenziell erkennen können.

Wellen und Ausbrüche

Oder machen Sie das „bereits erkannt“. Seit einiger Zeit beobachten wir Energieausbrüche, die aus einer Region mit starken Magnetfeldern stammen. Diese Fast Radio Bursts (FRBs) treten gelegentlich wieder auf und wurden mit hochmagnetischen Neutronensternen, Magnetaren genannt, in Verbindung gebracht. Aber es gab auch eine Reihe von FRBs, die sich überhaupt nicht zu replizieren schienen, was darauf hindeutet, dass die Bedingungen, die sie hervorgebracht haben, ihre Quelle zerstört haben könnten. Dies steht im Einklang mit Gewitter.

Für die neue Arbeit nutzte ein Forscherteam Daten von zwei Arten von Observatorien. Eine davon ist die LIGO/VIRGO Gravitational Wave Detection Collaboration, die Gravitationssignale identifizieren kann, die entstehen, wenn massive Objekte, einschließlich Neutronensterne, verschmelzen. Das zweite ist das Canadian Hydrogen Density Mapping Experiment, ein Observatorium, das für etwas anderes gebaut wurde und sich als außergewöhnlich gut bei der Ortung von FRBs erwiesen hat.

Die Suche war relativ einfach: Die Forscher suchten nach Ereignissen, die von beiden Observatorien etwa zur gleichen Zeit und in der gleichen Himmelsregion erfasst wurden, wobei der FRB weniger als einen Tag nach den Gravitationswellen eintraf. Von den 21 durch Gravitationswellen entdeckten Neutronensternverschmelzungen wurde nur einer einem FRB zugeordnet, wobei FRB 20190425A etwa 2,5 Stunden nach GW190425 liegt.

Bis wir mehr Detektoren online bekommen, können Gravitationswellenereignisse nur in einem breiten Streifen des Himmels lokalisiert werden, also können wir nur mit Sicherheit sagen, dass der FRB in einem Bereich aufgetreten ist, in dem eine 70-prozentige Wahrscheinlichkeit besteht, dass der Neutronenstern vorhanden ist. Zusammenschluss erfolgte. Aber es war auch die richtige Entfernung, und wir haben nicht viele Verschmelzungen von Neutronensternen entdeckt. Als Ergebnis schätzten die Forscher die Wahrscheinlichkeit dieser zufälligen Co-Lokalisierung auf nur 0,004.

Blitz-Limits

Wenn diese Forschung richtig ist, sind die Ereignisse, die wir als FRBs zusammengefasst haben, tatsächlich das Produkt von zwei verschiedenen Ereignissen. In der Umgebung eines Magnetars treten wiederkehrende Ereignisse auf. Single-Shot-Ereignisse werden durch den Tod eines hochmagnetisierten Neutronensterns innerhalb weniger Stunden nach seiner Entstehung verursacht.

Wenn FRB 20190425A4 / GW190425 ein Blitzkrieg ist, haben wir bereits eine gute Vorstellung davon, wie die Physik des Ereignisses aussehen sollte, da die Astrophysik ziemlich viel Computerzeit damit verbracht hat, es zu modellieren. Daher kann bereits dieses einzelne Ereignis die beteiligten Prozesse einschränken. Gravitationswellendetektoren zeigen, dass Neutronensterne vor der Verschmelzung wahrscheinlich zwischen dem 1,35- und 2,0-fachen der Sonnenmasse wiegen, wobei das Objekt nach der Verschmelzung etwas mehr als 3,2 Sonnenmassen wiegt. Basierend auf diesen Informationen bestimmten die Forscher die maximale Masse eines Neutronensterns zwischen dem 2,6- und 3,0-fachen der Sonnenmasse. Alles darüber bricht zusammen.

Je mehr von diesen Ereignissen wir sehen, desto besser werden wir die Physik dieser Dinge einschränken. Da beide Ereignisse sehr unvorhersehbar sind, haben wir eine Reihe von Observatorien zusammengestellt, die ständig Daten sammeln, um sicherzustellen, dass wir eines erfassen, wenn es passiert. Wenn Blitzangriffe also regelmäßig vorkommen, wird es nicht lange dauern, bis wir mehr davon sehen.

natürliche Astronomie2023. DOI: 10.1038/s41550-023-01917-x (über DOIs).