Wissen
Eine Kilonova: zwei Neutronensterne verschmelzen und explodieren. Astronomen konnten jetzt ein solches Ereignis beobachten. Gravitationswellen brachten sie auf die Spur.
Eine Kilonova: zwei Neutronensterne verschmelzen und explodieren. Astronomen konnten jetzt ein solches Ereignis beobachten. Gravitationswellen brachten sie auf die Spur.(Foto: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)
Montag, 16. Oktober 2017

"Beginn einer neuen Ära": Erstmals gelingt Beobachtung einer Kilonova

In der Theorie ist das Phänomen seit über 30 Jahren bekannt: Wenn zwei Neutronensterne verschmelzen, senden sie Gravitationswellen sowie Gammastrahlen aus. Jetzt konnten Astronomen erstmals beides zugleich nachweisen und ein solches Ereignis vermessen.

Es ist, wie die Europäische Südsternwarte (ESO) in Garching sagt, eine noch nie dagewesene und Geschichte schreibende Entdeckung: Teleskope der ESO in Chile haben erstmals im sichtbaren Licht eine Quelle von Gravitationswellen vermessen können. Alles deutet darauf hin, dass es gelungen ist, die Nachwirkungen einer Verschmelzung zweier Neutronensterne zu beobachten.

Ein Neutronenstern ist ...

... das Endstadium eines massereichen Sterns. Er ist das, was nach einer Supernova, der Explosion eines massereichen Sterns am Ende seiner Lebenszeit, übrig bleibt. Umkreisen sich Neutronensterne in einem Doppelsternsystem, senden sie Gravitationswellen aus. Sie kommen sich immer näher, bis sie sich letztlich treffen und durch einen gewaltigen Ausbruch von Gravitationswellen ein Teil der Masse in Energie umgewandelt wird. Ein Teelöffel voll Neutronensternmaterial entspricht der Masse von rund einer Milliarde Tonnen.

Als Kilonova wird dieses seltene astronomische Phänomen bezeichnet, das man schon lange theoretisch kennt und seit mehr als 30 Jahren vorhergesagt hat, aber noch nie bestätigen konnte. Der masseärmere der beiden Neutronensterne wird bei der Verschmelzung zerstört, er explodiert. Dabei werden schwere Elemente wie Gold und Platin im Universum verstreut. Außerdem senden die verschmelzenden Neutronensterne sowohl Gravitationswellen als auch Licht aus. Beides konnten die Astronomen jetzt beobachten – zum ersten Mal von ein und demselben Ereignis.

"Es kommt nur selten vor, dass ein Wissenschaftler Zeuge des Beginns einer neuen Ära werden kann", sagt die an der Entdeckung beteiligte Astronomin Elena Pian."Dies war eine solche Gelegenheit!" In der Fachzeitschrift "Nature" berichtet Pian davon.

130 Millionen Lichtjahre entfernt

Möglich wurde die bahnbrechende Beobachtung durch die internationale Zusammenarbeit astronomischer Forschungseinrichtungen und die schnelle Reaktion von Instituten auf der ganzen Welt: Vor zwei Monaten, am 17. August 2017, hatte der französisch-italienische Gravitationswellendetektor Virgo zusammen mit Ligo, dem Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium in Washington, USA, Gravitationswellen auf ihrem Weg zur Erde nachgewiesen. Es war das fünfte Mal, dass man Gravitationswellen beobachtet hatte. Das Ereignis bekam den Namen GW170817. Nur etwa zwei Sekunden später gelang es zwei Weltraumteleskopen der Nasa und der Esa, in derselben Himmelsregion einen kurzen Gammastrahlenausbruch zu beobachten – ein starker Hinweis auf zwei verschmelzende Neutronensterne.

Bilderserie

Ligo und Virgo lokalisierten die Quelle zunächst innerhalb einer großen Region des südlichen Himmels, die der Fläche mehrerer hundert Vollmonde entspricht und Millionen Sterne enthält. Als dann in Chile die Nacht hereinbrach, schauten viele Teleskope auf genau diesen Bereich des Himmels und suchten nach neuen Quellen, darunter auch das leistungsstärkste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts, das Very Large Telescope der ESO.

Nähe machte Beobachtung möglich

Das US-amerikanische Swope-Teleskop konnte als erstes einen neuen Lichtpunkt am Himmel vermelden. Der Punkt schien, wie die ESO berichtet, sehr nahe an der Galaxie NGC 4993 zu liegen, einer linsenförmigen Galaxie im Sternbild Wasserschlange, die rund 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Fast zur selben Zeit gelang es Forschern der ESO, die Quelle bei infraroten Wellenlängen genau zu lokalisieren. Während die Nacht weiter nach Westen wanderte, erfassten auch Teleskope auf Hawaii das Signal und beobachteten, wie es schnell stärker wurde.

In den folgenden Wochen schlossen sich rund 70 Observatorien auf der ganzen Welt den Beobachtungen an, auch das Weltraumteleskop Hubble war dabei. Die Messungen stimmen darin überein, dass das Leuchten des Gammastrahlenausbruchs und die Quelle der Gravitationswellen rund 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist – genau wie die Galaxie NGC 4993. Die Daten der ESO bestätigen, dass es sich bei dem Objekt tatsächlich um eine Kilonova handelt, entstanden aus der Verschmelzung zweier Neutronensterne. Sie ist damit nicht nur das nächstgelegene jemals beobachtete Gravitationswellen-Ereignis, sondern auch die uns nächste jemals beobachtete Quelle eines Gammastrahlenausbruchs.

"Dieser erste Nachweis der Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen ist für sich allein genommen schon extrem spannend", erklären Karsten Danzmann, Bruce Allen und Alessandra Buonanno vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover und Potsdam in einer Institutsmitteilung. "Aber die Kombination mit Dutzenden von Folgebeobachtungen im elektromagnetischen Spektrum macht es wirklich revolutionär." Das Institut ist Partner des Ligo-Virgo-Verbundes.

Wie die ESO berichtet, machte erst die vergleichsweise geringe Entfernung die Beobachtung möglich. Denn Neutronensterne erzeugen bei einer Verschmelzung schwächere Gravitationswellen als ineinanderstürzende Schwarze Löcher. Solche waren – so vermutet man – für die ersten vier Gravitationswellennachweise in den vergangenen zwei Jahren verantwortlich.

Bilderserie

Quelle: n-tv.de