Während Sterne wie unsere Sonne ihre Entwicklung recht unspektakulär als Weiße Zwerge beenden, erwartet massereichere Sterne ein weitaus spannenderes Schicksal: Sie enden als Neutronensterne oder gar als Schwarze Löcher. Doch bevor es soweit ist, explodieren sie als Supernova – und hier findet das eigentliche Spektakel statt: Für kurze Zeit können diese Sterne so hell leuchten wie ihre gesamte restliche Heimatgalaxie. Explodiert eine solche Supernova in der Milchstraße, könnte sie sogar hell genug aufleuchten, um mit bloßem Auge am Tageshimmel sichtbar zu sein.

Irgendwann wird es auch für den Stern Beteigeuze so weit sein: Bislang kennen und schätzen wir ihn als Schulterstern des prominenten Wintersternbilds Orion. Er ist einer der hellsten Sterne am gesamten Himmel. Beteigeuze ist schon kein „normaler“ Stern mehr, sondern ein Roter Überriese – ein Stern, der seine Entwicklung schon bald beenden wird und von dem sich Forschende sicher sind, dass er in den nächsten paar Millionen Jahren als Supernova explodieren wird.

Aber was wäre, wenn Beteigeuze am Ende seiner Entwicklung nicht explodieren würde – sondern einfach so, heimlich, still und leise, vom Himmel verschwinden würde? Wenn er also nicht erst als Supernova explodiert, sondern einfach direkt zu einem Schwarzen Loch kollabiert?

In dieser Folge erzählt Franzi von potenziell gescheiterten Supernovae. Bislang ist unklar, ob es solche „Un-Novae“ überhaupt gibt – Supernova-Explosionen, die aus irgendeinem Grund ausfallen. Es gibt einige Indizien, die dafür sprechen, dass es solche gescheiterten Supernovae geben könnte. Doch wie sucht man nach etwas, das sich dadurch auszeichnet, dass es nicht stattfindet? Die Suche ist eine astronomische Fleißarbeit – doch kürzlich verkündeten Forscherinnen und Forscher, dass ihnen genau das gelungen sei: In der Andromedagalaxie soll ein Himmelskörper mit der Bezeichnung M31-2024-DS1 direkt zum Schwarzen Loch kollabiert sein – ohne als Supernova zu explodieren.

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Der Beitrag AstroGeo Podcast: Kann eine Supernova ausfallen? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Am 9. Oktober 2022 registrieren Weltraumteleskope ein gewaltiges Ereignis tief im Kosmos: einen Gammablitz im Sternbild Pfeil, bei dem so viel hochenergetische Gammastrahlung abgegeben wird wie nie zuvor beobachtet. Dieses Ereignis war nicht nur von astronomischem Interesse, denn die ankommende Strahlung ließ kurzzeitig sogar geladene Teilchen in den obersten Schichten der Erdatmosphäre verrückt spielen. Störsignale im Radiobereich waren die Folge – und das trotz einer Entfernung von 2,4 Milliarden Lichtjahren.

Karl erzählt in dieser Folge, ob solche Ereignisse in größerer Nähe zu unserem Planetensystem das Leben auf der Erde beeinträchtigen könnten. Es geht wieder mal um Massensterben in der geologischen Geschichte – und wie neue Methoden aus Physik und Astrophysik helfen können, diese erdgeschichtlichen Kriminalfälle aufzuklären. Denn zurzeit machen solche Verfahren große Fortschritte. Die Asche vor langer Zeit explodierter Sterne wurde bereits in alten Sedimentschichten gefunden – und in einem Fall sogar einer Sternenleiche zugeordnet.

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Der Beitrag AstroGeo Podcast: Tödliche Sterne – wenn Explosionen ein Massensterben auslösen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Wien 10. Juni 2024.

Wien, 10. Juni 2024 – Ein internationales Team von Astronom*innen unter der Leitung der Universität Wien hat die Entstehungsgeschichte von jungen Sternhaufen entschlüsselt, die wir teilweise am Nachthimmel mit freiem Auge sehen können. Das Team, geleitet von Cameren Swiggum und João Alves von der Universität Wien und Robert Benjamin von der University of Wisconsin-Whitewater berichtet, dass die meisten nahegelegenen jungen Sternhaufen nur drei Familien angehören, die jeweils aus sehr massereichen Sternentstehungsregionen stammen. Diese Forschung liefert auch neue Erkenntnisse über die Auswirkungen von Supernovae (gewaltige Explosionen am Lebensende von sehr massereichen Sternen) auf die Bildung gigantischer Gasstrukturen in Galaxien wie unserer Milchstraße. Die Ergebnisse dazu wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

„Junge Sternhaufen eignen sich hervorragend, um die Geschichte und den Aufbau der Milchstraße zu ergründen. Wenn wir ihre Bewegungen in der Vergangenheit und damit ihre Herkunft erforschen, erhalten wir auch wichtige Einblicke in die Entstehung und Evolution unserer Galaxie“, sagt João Alves von der Universität Wien, Co-Autor der Studie. Mithilfe präziser Daten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und spektroskopischen Beobachtungen verfolgte das Team die Ursprünge von 155 jungen Sternhaufen in einem Umkreis von etwa 3.500 Lichtjahren um die Sonne. Ihre Analyse zeigt, dass diese Sternhaufen in drei Familien mit jeweils gemeinsamem Ursprung und Entstehungsbedingungen eingeteilt werden können. „Das weist darauf hin, dass die jungen Sternhaufen von nur drei sehr aktiven und massereichen Sternentstehungsregionen abstammen“, so Alves. Diese drei Sternenfamilien wurden nach ihren jeweils prominentesten Sternhaufen benannt: Collinder 135 (Cr135), Messier 6 (M6) und Alpha Persei (αPer).

„Diese Erkenntnisse liefern ein klareres Bild davon, wie junge Sternhaufen in unserer galaktischen Nachbarschaft wie Verwandte miteinander verbunden sind“, sagt Hauptautor Cameren Swiggum, Doktorand an der Universität Wien. „Indem wir die 3D-Bewegungen und früheren Positionen dieser Sternhaufen untersuchen, können wir ihre gemeinsamen Ursprünge identifizieren und die Orte in unserer Galaxie lokalisieren, in denen vor bis zu 40 Millionen Jahren die ersten Sterne in den dazugehörigen Sternhaufen entstanden sind.“

Diese gewaltigen Explosionen schufen vermutlich auch unsere „Lokale Bubble“
Die Studie ergab, dass sich bisher über 200 Supernova-Explosionen innerhalb dieser drei Sternhaufen-Familien ereignet haben müssen, welche enorme Energiemengen in ihre Umgebung freigesetzt haben. Die Autor*innen schlussfolgerten, dass diese Energie vermutlich die Gasverteilung in der lokalen Milchstraße stark beeinflusst hat. „Das wäre eine Erklärung für die Entstehung einer Superbubble, einer riesigen Blase aus Gas und Staub mit einem Durchmesser von 3.000 Lichtjahren um die Cr-135 Familie“, erklärt Swiggum. Auch unser Sonnensystem ist in einer solchen Blase eingebettet, die sogenannte Lokale Bubble, die mit sehr dünnem und heißem Gas gefüllt ist. „Die Lokale Bubble ist vermutlich auch mit der Geschichte einer der drei Sternhaufenfamilien verknüpft“, ergänzt Swiggum. „Und sie hat wahrscheinlich auch Spuren auf der Erde hinterlassen, worauf Messungen von Eisenisotopen (60Fe) in der Erdkruste hinweisen.“

„Wir können den Himmel praktisch in eine Zeitmaschine verwandeln, die es uns ermöglicht, die Geschichte unserer Heimatgalaxie nachzuverfolgen“, sagt João Alves. „Indem wir die Genealogie von Sternhaufen entschlüsseln, erfahren wir auch mehr über unsere eigene galaktische Abstammung.“ In Zukunft plant das Team um João Alves noch genauer zu erforschen, ob und wie unser Sonnensystem mit interstellarer Materie in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, interagiert hat.

Diese Forschung wurde vom ERC Advanced Grant ISM-FLOW (Alves), der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der NASA unterstützt.

Originalpublikation:
Cameren Swiggum, João Alves, Robert Benjamin et al: Most nearby young star clusters formed in three massive complexes. In Nature: 2024.
DOI: 10.1038/s41586-024-07496-9
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07496-9

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• Sternhaufen

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Im Februar 1946 verpasst der Amateurastronom Leslie Peltier die Gelegenheit seines Lebens: Im Sternbild Nördliche Krone ereignet sich ein regelmäßiges, aber seltenes astronomisches Ereignis, auf das er bereits Jahrzehnte gewartet hatte: Es erscheint für wenige Stunden ein neuer Stern – ein Lichtpunkt, der mit bloßem Auge sichtbar ist und der vorher nicht da zu sein schien.

Franzi erzählt in dieser Folge vom Phänomen solcher Stellae Novae, kurz Novae. Anders als der Name vermuten lässt, handelt es sich aber gar nicht um neue Sterne, sondern lediglich um das kurzzeitige Aufleuchten eines alten Weißen Zwergs in einer gewaltigen Wasserstoffexplosion. Obwohl Astronominnen und Astronomen den Prozess heute grob verstanden haben, sind noch viele Fragen um die Nova offen. Da passt es ganz gut, dass derzeit der fragliche Stern im Sternbild Nördliche Krone kurz vor dem nächsten Ausbruch steht.

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• AstroGeo Podcast
• Novae

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Quelle: ESON 10. Januar 2024.

10. Januar 2024 – Astronomen und Astronominnen haben in der Vergangenheit schon viele Hinweise auf diese Kette von Ereignissen gefunden, wie einen Neutronenstern im Krebsnebel, der Gaswolke, die bei der Explosion eines Sterns vor fast tausend Jahren zurückblieb. Aber sie hatten diesen Prozess noch nie in Echtzeit gesehen, was bedeutet, dass ein direkter Beweis für eine Supernova, die einen kompakten Überrest hinterlässt, schwer zu finden war. „In unserer Arbeit stellen wir eine solche direkte Verbindung her“, sagt Ping Chen, Forscher am Weizmann Institute of Science, Israel, und Hauptautor einer Studie, die heute in Nature veröffentlicht und auf der 243. Tagung der American Astronomical Society in New Orleans, USA, vorgestellt wurde.

Die Forschenden hatten im Mai 2022 Glück, als der südafrikanische Amateurastronom Berto Monard die Supernova SN 2022jli im Spiralarm der 75 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie NGC 157 entdeckte. Zwei verschiedene Teams untersuchten die Folgen dieser Explosion und stellten fest, dass sie ein einzigartiges Verhalten aufweisen.

Nach der Explosion nimmt die Helligkeit der meisten Supernovae mit der Zeit einfach ab; Astronomen sehen einen sanften, allmählichen Rückgang in der „Lichtkurve“ der Explosion. Das Verhalten von SN 2022jli ist jedoch sehr eigenartig: Während die Gesamthelligkeit abnimmt, geschieht dies nicht gleichmäßig, sondern schwankt etwa alle 12 Tage auf und ab. „In den Daten von SN 2022jli sehen wir eine sich wiederholende Abfolge von Aufhellung und Abschwächung“, sagt Thomas Moore, ein Doktorand an der Queen’s University Belfast in Nordirland, der eine Studie über die Supernova leitete, die Ende letzten Jahres im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde. „Dies ist das erste Mal, dass wiederholte periodische Oszillationen über viele Zyklen hinweg in der Lichtkurve einer Supernova nachgewiesen wurden“, schreibt Moore in seiner Arbeit.

Sowohl das Team von Moore als auch das von Chen gehen davon aus, dass die Anwesenheit von mehr als einem Stern im System SN 2022jli dieses Verhalten erklären könnte. In der Tat ist es nicht ungewöhnlich, dass massereiche Sterne mit einem Begleitstern in einem sogenannten Doppelsternsystem kreisen, und der Stern, der SN 2022jli verursachte, war keine Ausnahme. Das Bemerkenswerte an diesem System ist jedoch, dass der Begleitstern den gewaltsamen Tod seines Partners überlebt zu haben scheint und die beiden Objekte, der kompakte Überrest und der Begleiter, wahrscheinlich weiterhin umeinander kreisten.

Die Forschungsdaten der Moore-Gruppe, zu denen auch Beobachtungen mit dem NTT der ESO in der chilenischen Atacama-Wüste gehörten, erlaubten es ihnen nicht, genau zu bestimmen, wie die Wechselwirkung zwischen den beiden Objekten die Höhen und Tiefen in der Lichtkurve verursachte. Aber die Chen-Gruppe konnte zusätzliche Beobachtungen sammeln. Sie fanden dieselben regelmäßigen Schwankungen in der sichtbaren Helligkeit des Systems, die das Moore-Team entdeckt hatte, und sie entdeckten auch periodische Bewegungen von Wasserstoffgas und Ausbrüche von Gammastrahlen im System. Ermöglicht wurden ihre Beobachtungen durch eine Reihe von Messinstrumenten am Boden und im Weltraum, darunter der X-Shooter am VLT der ESO, der sich ebenfalls in Chile befindet.

Die beiden Teams sind sich einig, dass sich die wasserstoffreiche Atmosphäre des Begleitsterns aufblähte, als er mit dem Material interagierte, das bei der Supernovaexplosion ausgestoßen wurde. Wenn dann das kompakte Objekt, das nach der Explosion zurückblieb, auf seiner Umlaufbahn durch die Atmosphäre des Begleitsterns raste, stahl es Wasserstoffgas und bildete eine heiße Materiescheibe um sich herum. Dieser periodische Materieentzug, die Akkretion, setzte viel Energie frei, die sich in den Beobachtungen als regelmäßige Helligkeitsveränderungen bemerkbar machte.

Obwohl die Teams kein Licht von dem kompakten Objekt selbst beobachten konnten, kamen sie zu dem Schluss, dass dieser Energieraub nur durch einen unsichtbaren Neutronenstern oder möglicherweise ein schwarzes Loch verursacht werden kann, das Materie aus der aufgeblähten Atmosphäre des Begleitsterns anzieht. „Unsere Forschung ist wie das Lösen eines Puzzles, indem wir alle möglichen Beweise zusammentragen“, sagt Chen. „All diese zusammengesetzten Teile führen zur Erkenntnis.“

Auch wenn sich die Anwesenheit eines schwarzen Lochs oder eines Neutronensterns bestätigt hat, gibt es noch viel über dieses rätselhafte System zu erfahren, darunter die genaue Beschaffenheit des kompakten Objekts oder welches Ende dieses Doppelsternsystem erwarten könnte. Teleskope der nächsten Generation wie das Extremely Large Telescope der ESO, das noch in diesem Jahrzehnt in Betrieb genommen werden soll, werden dabei helfen und den Astronomen ermöglichen, noch nie dagewesene Details dieses einzigartigen Systems zu enthüllen.

Weitere Informationen
Diese Forschungsarbeit wurde in zwei Veröffentlichungen vorgestellt. Das Team unter der Leitung von P. Chen veröffentlichte einen Artikel mit dem Titel “A 12.4 day periodicity in a close binary system after a supernova” in Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06787-x).

Das Team besteht aus P. Chen (Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel [Weizmann Institute]), A. Gal-Yam (Weizmann Institute), J. Sollerman (The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University, Sweden [OKC DoA]), S. Schulze (The Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University, Sweden [OKC DoP]), R. S. Post (Post Observatory, Lexington, USA), C. Liu (Fachbereich Physik und Astronomie, Northwestern University, USA [Northwestern]; Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, Northwestern University, USA [CIERA]), E. O. Ofek (Weizmann Institut), K. K. Das (Cahill Center for Astrophysics, California Institute of Technology, USA [Cahill Center]), C. Fremling (Caltech Optical Observatories, California Institute of Technology, USA [COO]; Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, USA [PMA]), A. Horesh (Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem, Israel), B. Katz (Weizmann Institut), D. Kushnir (Weizmann Institut), M. M. Kasliwal (Cahill Center), S. R. Kulkarni (Cahill Center), D. Liu (South-Western Institute for Astronomy Research, Yunnan University, China [Yunnan]), X. Liu (Yunnan), A. A. Miller (Northwestern; CIERA), K. Rose (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, The University of Sydney, Australien), E. Waxman (Weizmann Institut), S. Yang (OKC DoA; Henan Academy of Sciences, China), Y. Yao (Cahill Center), B. Zackay (Weizmann Institut), E. C. Bellm (DIRAC Institute, Department of Astronomy, University of Washington, USA), R. Dekany (COO), A. J. Drake (PMA), Y. Fang (Yunnan), J. P. U. Fynbo (The Cosmic DAWN Center, Dänemark; Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dänemark), S. L. Groom (IPAC, California Institute of Technology, USA [IPAC]), G. Helou (IPAC), I. Irani (Weizmann Institut), T. J. du Laz (PMA), X. Liu (Yunnan), P. A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, UK; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Deutschland), J. D. Neill (PMA), Y.- J. Qin (PMA), R. L. Riddle (COO), A. Sharon (Weizmann-Institut), N. L. Strotjohann (Weizmann-Institut), A. Wold (IPAC), L. Yan (COO).

Das von T. Moore geleitete Team veröffentlichte eine Arbeit mit dem Titel “SN 2022jli: A Type 1c Supernova with Periodic Modulation of Its Light Curve and an Unusual Long Rise” in The Astrophysical Journal Letters (doi: 10.3847/2041-8213/acfc25).

T. Moore (Astrophysics Research Centre, Queenʼs University Belfast, UK [Queen’s]), S. J. Smartt (Queen’s; Department of Physics, University of Oxford, UK [Oxford]), M. Nicholl (Queen’s), S. Srivastav (Queen’s), H. F. Stevance (Oxford; Fachbereich Physik, Universität von Auckland, Neuseeland), D. B. Jess (Queen’s; Fachbereich Physik und Astronomie, California State University Northridge, USA), S. D. T. Grant (Queen’s), M. D. Fulton (Queen’s), L. Rhodes (Oxford), S. A. Sim (Queen’s), R. Hirai (OzGrav: The Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Australien; School of Physics and Astronomy, Monash University, Australien), P. Podsiadlowski (University of Oxford, UK), J. P. Anderson (European Southern Observatory, Chile; Millennium Institute of Astrophysics MAS, Chile), C. Ashall (Department of Physics, Virginia Tech, USA), W. Bate (Queen’s), R. Fender (Oxford), C. P. Gutiérrez (Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Spanien [IEEC]; Institut für Weltraumwissenschaften, Campus UAB, Spanien [ICE, CSIC]), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory, USA [Las Cumbres]; Department of Physics, University of California, Santa Barbara, USA [UCSB]), M. E. Huber (Institute for Astronomy, University of Hawai’i, USA [Hawai’i]), C. Inserra (Cardiff Hub for Astrophysics Research and Technology, Cardiff University, UK), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Dänemark), L. A. G. Monard (Kleinkaroo Observatorium, Südafrika), T. E. Müller-Bravo (IEEC; ICE, CSIC), B. J. Shappee (Hawai’i), K. W. Smith (Queen’s), G. Terreran (Las Cumbres), J. Tonry (Hawai’i), M. A. Tucker (Department of Astronomy, The Ohio State University, USA; Department of Physics, The Ohio State University, USA; Center for Cosmology and Astroparticle Physics, The Ohio State University, USA), D. R. Young (Queen’s), A. Aamer (Queen’s; Institute for Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham, UK [IGWA]; School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, UK [Birmingham]), T.- W. Chen (Graduate Institute of Astronomy, National Central University, Taiwan), F. Ragosta (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italien; Space Science Data Center-ASI, Italien), L. Galbany (IEEC; ICE, CSIC), M. Gromadzki (Astronomisches Observatorium, Universität Warschau, Polen), L. Harvey (School of Physics, Trinity College Dublin, The University of Dublin, Irland), P. Hoeflich (Department of Physics, Florida State University, USA), C. McCully (Las Cumbres), M. Newsome (Las Cumbres; UCSB), E. P. Gonzalez (Las Cumbres; UCSB), C. Pellegrino (Las Cumbres; UCSB), P. Ramsden (Birmingham; IGWA), M. Pérez-Torres (Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), Spanien; School of Sciences, Europäische Universität Zypern, Zypern), E. J. Ridley (IGWA; Birmingham), X. Sheng (Queen’s), und J. Weston (Queen’s).

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie.

Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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• Supernovae

Der Beitrag ESO: Zusammenhang gefunden – Supernovae lassen schwarze Löcher oder Neutronensterne entstehen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Hamburg 1. September 2023.

1. September 2023 – Durch die Messung einer sogenannten „Type Ia“-Supernova – also einer der energiereichsten Explosionen, die es im Universum gibt – konnte nachgewiesen werden, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt. Dafür erhielten Forscher 2011 den Physik-Nobelpreis. Grundlage für dieses Ereignis scheint die Explosion eines sogenannten „weißen Zwergs“ gewesen zu sein.

Weiße Zwerge sind sehr kompakte Objekte, die aus Sternen am Ende ihres Lebenszyklus entstehen und eine extreme Materiedichte haben. Wenn eine kritische Masse (Chandrasekhar-Grenze) erreicht wird, kommt es zum Kollaps, der zugleich Ursprung der Supernova sein könnte. Doch wo liegt diese kritische Masse und wie wird sie erreicht? Das möchte Prof. Dr. Thomas Kupfer in seinem Projekt „CompactBINARIES“ herausfinden, das nun vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) im Rahmen eines Starting Grants gefördert wird.

„Möglich ist etwa, dass sich zwei weiße Zwerge in einem extrem kompakten Doppelstern umkreisen. Die beiden Objekte kommen sich immer näher, bis sie schließlich verschmelzen und dabei die kritische Masse erreichen“, erklärt Kupfer. Möglich sei aber auch, dass der weiße Zwerg Materie von einem Begleitstern aufnehme und so die kritische Masse erreiche.

Um zu erforschen, ob kompakte Doppelsterne aus weißen Zwergen die Basis für Supernovae sein könnten, müssen sie genauer verstanden werden. Kupfer und sein Team wollen daher mithilfe von Himmelsmusterungen tausende dieser Doppelsterne kartieren und untersuchen. Basis dafür sind die Gravitationswellen, die von den Doppelsternen abgegeben werden. „Mit modernen Geräten wie BlackGEM oder SDSS-V wird der Himmel automatisiert und wiederholt durchmustert. Wir können in den Daten gezielt nach den Quellen der Gravitationswellen suchen und so die kompakten Doppelsterne identifizieren“, erklärt der Physiker. Um die riesigen Datenmengen entsprechend zu filtern, wird das Team unter anderem Techniken des maschinellen Lernens anwenden.

Die geeigneten Doppelsterne werden dann intensiv weiter beobachtet, wofür neben dem Hubble Space Teleskop und den Großteleskopen der Europäischen Südsternwarte auch das TIGRE-Teleskop in Mexiko zum Einsatz kommt. Dieses wird unter Federführung der Hamburger Sternwarte betrieben. Auch das Oskar-Lühning-Teleskop in Bergedorf wird für die Forschung verwendet werden. „Obwohl tausende dieser Doppelsterne in der Milchstraße vorhergesagt sind, kennen wir bisher gerade einmal zwei Dutzend. Das soll sich mit unserer Forschung ändern. So können wir die Ursprünge von Supernovae besser verstehen“, so Kupfer.

„CompactBINARIES“ startet im September 2023 und wird über fünf Jahre gefördert. Prof. Dr. Thomas Kupfer hat zum 1. September eine Professur für „Physik, insbesondere Galaktische Astronomie“ an der Universität Hamburg angetreten. Er wird an der Hamburger Sternwarte am Fachbereich Physik forschen und ist Mitglied im Exzellenzcluster „Quantum Universe“.

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• Doppelsterne

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Quelle: Universität Potsdam 23. Mai 2023.

23. Mai 2023 – Am vergangenen Wochenende wurde die Supernova von der Universitätssternwarte aus beobachtet.

Sterne leuchten nicht für immer, sondern haben eine begrenzte Lebensdauer. Sie gewinnen ihre Energie durch die Kernfusion leichter Elemente wie Wasserstoff und Helium. Ist der nukleare Brennstoffvorrat erschöpft, werden die Fusionsprodukte weiter genutzt, um nach und nach schwerere Elemente zu erzeugen. Bei massereichen Sternen kann dieser Prozess bis hin zum Element Eisen fortgesetzt werden. Aus der Fusion von Eisen wird allerdings keine Energie mehr gewonnen. Dadurch lässt der Strahlungsdruck, der den Stern von innen stützt und seiner eigenen Schwerkraft entgegenwirkt, nach. Versiegt dieser vollständig, kollabiert der Stern, was bei besonders massereichen Sternen zu einer gewaltigen Explosion führt. Bei diesem Ereignis, das nur von Sternen mit mehr als der achtfachen Masse der Sonne hervorgerufen werden kann, spricht man von einer Supernova vom Typ II: eine sogenannte Kern-Kollaps Supernova, bei der der Kern des Sterns dem Gravitationsdruck nicht mehr standhalten kann. Die Folge ist ein gewaltiger Helligkeitsausbruch der eine ganze Galaxie überstrahlen kann.

Die in der Nacht vom 19. Mai 2023 durch den japanischen Forscher Koichi Itagaki entdeckte Supernova SN2023ixf gehört in diese Kategorie. In der Galaxie Messier 101, die auch unter dem Namen Feuerradgalaxie bekannt ist, ist nun für einige Tage und Wochen ein neuer Lichtpunkt in einem der Spiralarme zu sehen. Er wird in den kommenden Tagen noch an Helligkeit gewinnen, bevor er wieder langsam in einem der vielen Spiralarme seiner Heimatgalaxie verblasst. „Aktuell ist diese Sternexplosion so hell und kosmisch gesehen nah an der Erde, dass man das Ereignis schon mit einem kleinen Teleskop und einer Kamera live nachverfolgen kann. Zu finden ist sie im Sternbild Ursa Major (Große Bärin), das zu dieser Zeit des Jahres hoch am Abendhimmel steht“, sagt Florian Rünger, Beobachter und Doktorand in der Arbeitsgruppe Astrophysik am Institut für Physik und Astronomie der Universität Potsdam.

An der Universitätssternwarte in Golm wurden über das vergangene Wochenende einige Helligkeitsmessungen an der Supernova vorgenommen, die im Nachhinein für kosmische Distanzbestimmungen genutzt werden können. Die Datenlage ist aufgrund der kürzlich gemachten Entdeckung noch spärlich, aktuell kommen weltweit immer neue Beobachtungsdaten dazu. Florian Rünger betont: „Das Ereignis beweist, dass wir mit unserer kleinen Sternwarte bereits forschungsrelevante Daten liefern können. Wir haben infolge der Entdeckung die Möglichkeit gehabt, eine der global ersten Helligkeitsmessungen durchführen zu können, und damit hochaktuelle wissenschaftlich relevante Ergebnisse erhalten.“

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• Supernovae

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Mit einem Happs ist alles im Schlund: Wenn zwei Schwarze Löcher miteinander verschmelzen, ist das ein gewaltiges kosmisches Ereignis, das die ganze Raumzeit erbeben lässt. Physikerinnen und Physiker freuen sich dann über die dabei entstehen Gravitationswellen, jenes Zittern der Raumzeit, das erstmals 2015 mit dem Gravitationswellendetektor LIGO gemessen wurde. Inzwischen ist die Entdeckung von solchen Verschmelzungen fast Routine geworden, über 90 Ereignisse zählt der dritte Gravitationswellenkatalog.

Doch schon das erste entdeckte Gravitationswellensignal namens GW150904 gab Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern mehrere Rätsel auf: Die beiden Schwarzen Löcher, die da miteinander verschmolzen, waren eigentlich viel zu massereich, um existieren zu dürfen. Und kaum hatte man sich darüber Gedanken gemacht, gab es schon das nächste Problem: Wie schafft es dieses kompakte Doppelsystem, sich überhaupt nahe genug zu kommen, um miteinander zu verschmelzen, ohne sich vorher schon zu zerstören? Und dazu müsste dieser kosmische Annäherungsversuch eigentlich länger brauchen, als das Universum alt ist.

Franzi erzählt Karl in dieser Podcast-Folge die Geschichte dieser kompakten Binärsysteme: Denn Forschende wissen inzwischen dank der Gravitationswellen, dass es sie gibt. Warum es sie gibt, ist hingegen weniger klar.

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• Schwarze Löcher
• AstroGeo Podcast

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Schwarze Löcher – wenn die Raumzeit zu stark zittert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Sterne gibt es entweder im Miniaturformat: Von Roten Zwergen über die uns vertrauten sonnenähnlichen Sterne bis zu den geradezu überdimensionierten Gesellen: Blaue Riesen. Sie können einige hundert Mal so groß wie die Sonne sein. Zu einem Besuch wird abgeraten: In ihrer Umgebung geht es hoch her. Und doch haben wir den Blauen Riesen eine ganze Menge zu verdanken: den Kohlenstoff, aus dem das Leben besteht oder den Sauerstoff, den wir in jedem Moment atmen. Ohne Blaue Riesen gäbe es uns wahrscheinlich nicht.

Doch Blaue Riesen sind nicht nur recht selten, sondern es gibt sie auch nur für relativ kurze Zeit: Die Kernfusion in ihrem Innern hält nur wenige Millionen Jahre durch, bevor Blaue Riesen als Supernova explodieren. Und dann ist da auch noch die Tatsache, dass gerade diese riesigen Sterne üblicherweise nicht allein vorkommen, sondern fast immer einen Begleitstern haben. Und wenn der auch ein Blauer Riese ist, dann wird es richtig spannend!

In dieser Folge von AstroGeo erzählt Franzi die Geschichte der massereichsten Sterne im Universum: wie sie aussehen, warum ihre Entwicklung so spannend ist und was wir ihnen zu verdanken haben – vor allem, wenn sie im Doppelpack vorkommen. Plus Beobachtungstipps, wo und wie ihr selbst Blaue Riesen sehen könnt.

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• Sternentstehung
• Supernovae
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Quelle: Eberhard Karls Universität Tübingen 26. Oktober 2022.

26. Oktober 2022 – Der leichteste bisher bekannte Neutronenstern steht im Zentrum des Supernovaüberrests HESS J1731-347. Dr. Victor Doroshenko, Dr. Valery Suleimanov, Dr. Gerd Pühlhofer und Professor Andrea Santangelo von der Abteilung Hochenergieastrophysik am Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen entdeckten das ungewöhnliche Objekt mithilfe von Röntgenteleskopen im All. Nach Berechnungen des Forschungsteams besitzt er nur etwa die Hälfte der Masse eines typischen Neutronensterns. Als Berechnungsgrundlage nutzte es neue Entfernungsmessungen zu einem Begleitstern, den das gleiche Team bereits früher entdeckt hatte. So konnten die Astrophysiker Masse und Radius des Neutronensterns mit bisher unerreichter Genauigkeit angeben. Ihre Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

Neutronensterne werden geboren, wenn normale Sterne mit großer Masse in der Explosion einer Supernova ‚sterben‘, berichtet Victor Doroshenko, der Hauptautor der Studie. Sie seien extreme Objekte, die sozusagen als Himmelslabore für Studien der physikalischen Grundlagenforschung genutzt werden können. „Neutronensterne weisen noch unbekannte Eigenschaften von Materie auf, sie haben eine viel höhere Dichte als Atomkerne“, sagt der Forscher. Solche Bedingungen könnten in irdischen Laboren nicht nachgebildet werden. „Beobachtungen von Neutronensternen im All mit Röntgen- oder anderen Teleskopen werden uns erlauben, die Rätsel der superdichten Materie zu lösen – zumindest, wenn wir Herausforderungen wie die bei der Beobachtung entstehende Unschärfe bei den Entfernungsmessungen in den Griff bekommen. Genau das ist uns nun gelungen.“

Präzise Berechnungen
Der Neutronenstern im Zentrum des Supernovaüberrests HESS J1731-347 war einer von einer Handvoll von Objekten, die bei Messungen der Gammastrahlung mit den H.E.S.S.-Teleskopen in Namibia entdeckt und anschließend durch Röntgenteleskope aus dem All untersucht wurden, berichtet Doroshenko. „Erst dadurch wurde der sich abkühlende Neutronenstern sichtbar“, setzt Gerd Pühlhofer hinzu. Die Besonderheit dieses Objekts ist, wie das gleiche Forschungsteam bereits früher festgestellt hatte, dass es mit einem weiteren Stern physikalisch verbunden ist. Er beleuchtet die Staubhülle um den Neutronenstern und taucht sie in infrarotes Licht. Der Begleitstern wurde kürzlich durch das Gaia-Weltraumteleskop der Europäischen Raumfahrtagentur beobachtet, was dem Forschungsteam eine akkurate Entfernungsmessung zu beiden Objekten lieferte. Bei der Gaia-Mission wird der Himmel hochgenau dreidimensional optisch durchmustert. „Dadurch konnten wir vorherige Ungenauigkeiten beheben und unsere Modelle verbessern. Masse und Radius des Neutronensterns ließen sich viel genauer bestimmen, als es bisher möglich war“, erklärt Valery Suleimanov aus der Theoretischen Astrophysik.

Noch sei nicht klar, wie sich das ungewöhnliche Objekt gebildet hat. Auch gebe es Zweifel, ob es sich tatsächlich um einen Neutronenstern handelt oder ob das Objekt Kandidat für ein noch viel exotischeres Objekt ist, das aus seltsamer Quark-Materie besteht, sagt Andrea Santangelo und setzt hinzu: „Das ist aktuell der vielversprechendste Quarkstern-Kandidat, den wir bisher kennen, auch wenn seine Eigenschaften mit denen eines ‚normalen‘ Neutronensterns übereinstimmen.“ Doch selbst in dem Fall, dass es sich bei dem Objekt im Zentrum von HESS J1731-347 um einen Neutronenstern handele, bleibe es ein besonders interessantes Objekt. „Es erlaubt uns, den noch unerforschten Teil des Parameterraums in der Masse-Radius-Ebene von Neutronensternen zu untersuchen. So erhalten wir wertvolle Hinweise auf die Zustandsgleichung der dichten Materie, mit der sich ihre Eigenschaften beschreiben lassen“, schließt Santangelo.

Publikation:
Victor Doroshenko, Valery Suleimanov, Gerd Pühlhofer and Andrea Santangelo: A strangely light neutron star within a supernova remnant. Nature Astronomy, 24. Oktober 2022, doi.org/10.1038/s41550-022-01800-1, https://www.nature.com/articles/s41550-022-01800-1.

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• Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

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Quelle: Universität Göttingen 26. Oktober 2022.

Seit 25 Jahren ist die Universität Göttingen Mitbetreiber eines der größten Teleskope der Welt

Seit 25 Jahren fängt das Hobby-Eberly-Teleskop (HET) am McDonald-Observatorium in West-Texas das Licht von Sternen und fernen Galaxien ein und hilft Astronomen, die Rätsel des Kosmos zu entschlüsseln. Sein Hauptspiegel hat einen Durchmesser von elf Metern; damit zählt es zu den größten optischen Teleskopen der Welt. Die Universität Göttingen ist einer der vier Betreiber, zu denen auch die University of Texas in Austin, die Penn State University (beide USA) sowie die Ludwig-Maximilians-Universität München gehören. Über die Göttinger Beteiligung ist das HET eine wissenschaftliche Außenstelle des Landes Niedersachsen.

Das HET-Projekt führt zu Entdeckungen, an denen auch Göttinger Astrophysiker beteiligt sind. Ein Beispiel ist die Erforschung der sogenannten dunklen Energie. Durch seine Ausrichtung erfasst das Teleskop den kosmischen Fingerabdruck des Lichts von 2,5 Millionen Galaxien. Mithilfe eines speziellen Spektografen erhalten die Astronomen ein Lichtspektrum von allen Objekten im Gesichtsfeld des Teleskops. Dadurch lässt sich eine dreidimensionale Karte des Kosmos erstellen, die helfen soll zu erklären, wie und warum sich die Expansion des Universums im Laufe der Zeit von Milliarden von Jahren beschleunigt. „Im Projekt ,Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX)‘ sind nicht nur die vier universitären Partner beteiligt, sondern zusätzlich Dutzende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener Einrichtungen auf der ganzen Welt“, so Prof. Dr. Jens Niemeyer vom Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen.

Das HET spielt auch eine wichtige Rolle bei der Suche nach erdgroßen Planeten, welche um sonnenähnliche Sterne kreisen. Der sogenannte „Habitable-Zone-Planet-Finder (HPF)“ zielt darauf ab, Exoplaneten zu finden, die in bewohnbaren Zonen liegen und die auf ihrer Oberfläche flüssiges Wasser tragen können. „Mit dem HPF können wir außerhalb des Sonnensystems gezielt nach Planeten suchen, die unserer Erde sehr ähnlich sind“, sagt der Göttinger Astrophysiker Prof. Dr. Ansgar Reiners, der Mitglied im HET-Vorstand ist. „Diese Information ist zentral für unser Verständnis der Entstehung der Erde und der Planeten.“

Mehr als 220 Millionen Lichtjahre entfernt hat das HET zudem die Masse eines riesigen Schwarzen Lochs in der Galaxie NGC 1277 ermittelt und gemessen. Mithilfe von Zeitreihenmessungen konnten die Massen weiterer supermassiver Schwarzer Löcher in den Zentren von entfernten aktiven Galaxien, den sogenannten Quasaren, extrem genau bestimmt werden. „Es wurden Schwarze Löcher mit bis zu 100 Millionen Sonnenmassen in den Tiefen des Universums entdeckt“, fügt der Göttinger Astrophysiker Prof. Dr. Wolfram Kollatschny hinzu. Die Untersuchungen sollen Aufschluss darüber geben, wie Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien entstehen und sich auf kosmischen Zeitskalen entwickeln.

Und es waren HET-Forschende, die das weltweit beachtete Rätsel um die Supernova 2014C lösten: Sie maßen Schwankungen in der Helligkeit und im Spektrum des sterbenden Sterns und entwickelten ein Modell, das zeigte, dass der Stern nicht kugelförmig nach außen explodierte. Während des Ereignisses verschmolz das Gas von 2014C, der Teil eines Doppelsternsystems ist, mit seinem Nachbarn und teilte die Gashülle in der expandierenden Scheibe. Als der eine Stern explodierte, kollidierte er mit der gasförmigen Grenzschicht und rutschte daran entlang.

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• Hobby-Eberly-Teleskop (HET)

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Quelle: MPIC 1. August 2022.

1. August 2022 – Bis vor Kurzem ging die Kosmochemie und Astrophysik davon aus, dass Supernovae und ihre Vorläufer, die Überriesen-Sterne, nur wenig zum Sternenstaubgehalt unseres Sonnensystems beigetragen haben. Neuere Untersuchungen deuten aber darauf hin, dass ein erheblicher Teil des Sternenstaubs (mehr als 25 Prozent) im Sonnensystem aus Supernova-Explosionen und deren Vorläufersternen stammt. Damit lassen sich Zusammensetzung und Ursprung der Bausteine unseres Sonnensystems besser verstehen. Die vorherigen Annahmen zum Ursprung des Staubs waren noch sehr unsicher.

Die chemischen Elemente von Kohlenstoff bis Uran entstehen ausschließlich in Sternen in der sogenannten stellaren Nukleosynthese. Am Lebensende eines Sterns werden sie als Wind oder in einer gewaltigen Explosion (Supernovae) an den umgebenden Raum, das sogenannte interstellare Medium, abgegeben. Ein großer Teil der nicht-flüchtigen Elemente kondensiert dabei zu Sternenstaub, der aber im interstellaren Medium später zum Teil wieder zerstört wird. Der überdauernde Teil der Körnchen wurde vor ca. 4,6 Milliarden Jahren auch in die planetaren Körper unseres Sonnensystems eingebaut. Da diese Körner bereits vor der Bildung unseres Sonnensystems existierten, werden sie „präsolare Körner“ genannt. Sie weisen für unser Sonnensystem untypische, also anomale, Isotopenmuster auf. Aufgrund dieser charakteristischen Isotopenhäufigkeitsanomalien können sie in Meteoriten und Kometenmaterial aufgespürt werden. Präsolare Körner bieten die einzigartige Möglichkeit, die Prozesse der stellaren Nukleosynthese sehr detailliert im Labor zu studieren und die Sterntypen zu identifizieren, die Staub zum Sonnensystem beigetragen haben. Dies liefert einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis des Ursprungs der chemischen Elemente und der Entstehung unseres Sonnensystems.

In dem jetzt erschienen Artikel in Nature Astronomy werden die jüngsten Erkenntnisse aus Studien dieser präsolaren Körner vorgestellt und die Auswirkungen auf zukünftige Forschungen, interstellare Staubmodelle und die Interpretation astronomischer Beobachtungen von Staub im Auswurfmaterial von Supernova-Explosionen diskutiert.
Möglich wurden die neuen Erkenntnisse mithilfe verbesserter Analysemethoden mit der NanoSIMS-Ionensonde an Sternenstaub sowie neuer Modellrechnungen. Mithilfe der NanoSIMS-Ionensonde wird im Submikrometerbereich die Verteilung der Häufigkeit bestimmter Isotope gemessen. Dazu wird die Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl abgerastert und die dabei aus der Probe herausgeschlagenen Teilchen massenspektrometrisch analysiert.

Genauere Staubmodelle des interstellaren Mediums möglich
Peter Hoppe, Gruppenleiter in der Abteilung Partikelchemie des MPI für Chemie und Erstautor der Publikation, erklärt: „Das Wissen, dass ein weitaus größerer Teil des Sternenstaubs aus Supernova-Explosionen stammt, liefert der Forschung wichtige neue Parameter für Computermodelle über die Entwicklung des Staubs im interstellaren Medium. Dies gilt insbesondere, wenn man das Überleben von frisch produziertem Supernova-Staub und altem, interstellaren Staub beim Durchgang von Supernova-Schockwellen beschreibt.“ Letzteres sei von Interesse, da der Staub eine wichtige Rolle als Katalysator für chemische Reaktionen in interstellaren Molekülwolken spiele und als Baustein für die Entstehung neuer Planeten in protoplanetaren Scheiben in jungen Sternsystemen gelte. Die Prozesse, die zur Vermischung von Sternenstaub im lokalen interstellaren Medium über ausgedehnte räumliche und zeitliche Skalen geführt haben, seien noch nicht ausreichend erforscht und sollten in zukünftigen Entwicklungsmodellen genauer untersucht werden, fasst der Astrophysiker zusammen.

Publikation
Dust from Supernovae and their Progenitors in the Solar Nebula, Peter Hoppe, Jan Leitner, János Kodolányi, Stephan Borrmann, Anthony P. Jones, Nature Astronomy, doi.org/10.1038/s41550-022-01737-5
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01737-5

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• Supernovae

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Quelle: MPI/AEI.

21. April 2022. „Die Beobachtung kontinuierlicher Gravitationswellen würde es uns ermöglichen, Neutronensterne zu entdecken, die wir auf andere Weise nicht aufspüren können“, sagt M. Alessandra Papa, die die dauerhafte unabhängige Forschungsgruppe leitet. „Mit der Rechenzeit, die wir mit unserem Antrag eingeworben haben, machen wir einen weiteren Schritt zur ersten Beobachtung kontinuierlicher Gravitationswellen.“

Die AEI-Forschenden werden die PRACE-Rechenressourcen nutzen, um öffentliche Daten der LIGO-Detektoren zu analysieren. „Unser Ziel ist die Suche nach kontinuierlichen Gravitationswellen von unbekannten rotierenden Neutronensternen. Wir werden über den gesamten Himmel und über eine große Bandbreite von Quelleneigenschaften suchen“, erklärt Pep Blai Covas Vidal, der Wissenschaftler, der den PRACE-Antrag leitete und kürzlich ein Marie-Skłodowska-Curie-Fellowship erhielt. „Diese Suchen sind sehr rechenintensiv – mehr als 10 Millionen Rechenkernstunden auf Grafikprozessoren hat PRACE für unsere Analysen bewilligt.“

Eine der weltweit führenden Gruppen

Die Forschungsgruppe von Papa ist eine der weltweit führenden Gruppen auf dem Gebiet der bislang noch unbeobachteten kontinuierlichen Gravitationswellen. Das internationale Forschungsteam entwickelt, verbessert und führt die tiefsten und empfindlichsten Suchen nach diesen lang anhaltenden Signalen durch, die von schnell rotierenden Neutronensternen erwartet werden.

Neutronensterne sind extreme Objekte: Diese kompakten Sternreste entstehen in Supernova-Explosionen und haben in der Regel etwa die 1,5-fache Masse unserer Sonne, aber nur einen Durchmesser von etwa 20 Kilometern – dies entspricht der Größe einer Stadt. Da die Himmelsposition, die Rotation und andere Eigenschaften der einzelnen Neutronensterne unbekannt sind, gibt es eine Vielzahl möglicher Kombinationen dieser Eigenschaften zu überprüfen. Die Empfindlichkeit der Suchen ist durch die verfügbare Rechenleistung begrenzt.

Die unsichtbare Population der galaktischen Neutronensterne entdecken

Unsere Milchstraße könnte rund hundert Millionen Neutronensterne enthalten. Bisher wurden jedoch nur etwa 3300 entdeckt. Gravitationswellen könnten die einzige Möglichkeit sein, den allergrößten Teil dieser unsichtbaren Population extremer Objekte zu entdecken.

„Wenn wir sehr viel Glück haben, könnte diese neue Suche, die durch die Hochleistungsrechenressourcen von PRACE ermöglicht wird, zum ersten direkten Nachweis von kontinuierlichen Gravitationswellen führen“, erklärt Papa. „Dies wäre nicht nur eine bedeutende Entdeckung, sondern auch unser erster Schritt in ein neues Forschungsgebiet, in dem wir die innere Struktur und die Zusammensetzung von Neutronensternen mit Hilfe eines neuen astronomischen Boten untersuchen könnten“, fügt sie hinzu.

PRACE

Die Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE) ist eine gemeinnützige internationale Vereinigung mit Sitz in Brüssel. Die PRACE-Forschungsinfrastruktur bietet Wissenschaftler*innen und Forscher*innen aus dem akademischen Bereich und der Industrie in Europa einen dauerhaften Hochleistungsrechnerdienst auf Weltniveau. Die über PRACE zugänglichen Computersysteme und ihr Betrieb werden von fünf PRACE-Mitgliedern bereitgestellt (BSC als Vertreter Spaniens, CINECA als Vertreter Italiens, ETH Zürich/CSCS als Vertreter der Schweiz, GCS als Vertreter Deutschlands und GENCI als Vertreter Frankreichs). Die Umsetzungsphase von PRACE wird durch das EU-Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 (2014-2020) unter der Finanzhilfevereinbarung 823767 gefördert.

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• Gravitationswellen

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Quelle: Universität Wien.

12. Januar 2022 – Die Erde und unser Sonnensystem befinden sich in einer sogenannten Lokalen Blase, einem staubfreien Raum gefüllt mit heißem Gas, mit einem Durchmesser von etwa 1.000 Lichtjahren. An ihrem Rand befinden sich tausende junge Sterne. Ein internationales Team an Astronom*innen unter Mitarbeit von João Alves und seinem Team von der Universität Wien zeigte nun, wie man die Evolutionsgeschichte unserer galaktischen Nachbarschaft rekonstruieren kann. Die Arbeit der Forscher*innen wurde im Fachmagazin Nature publiziert.

Die Geschichte der Lokalen Blase, in der unser Sonnensystem liegt und die auch gleichzeitig Ursprung unserer Sternenumgebung ist, beginnt vor etwa 14 Millionen Jahren. In einem Zeitraum von einigen Millionen Jahren hat Berechnungen der Forscher*innen zufolge damals eine Serie von etwa 15 Supernovae-Explosionen begonnen: Sehr massereiche Sterne explodierten am Ende ihrer Lebenszeit, was durch ein helles Aufleuchten, die Supernovae, sichtbar wird. Diese Explosionen schieben das umliegende interstellare Gas nach „außen“ und erzeugen dadurch die Lokale Blase. Das Gas, welches am Rand dieser sich ausdehnenden Blase liegt, wurde dadurch verdichtet – es bildeten sich Molekülwolken, in welchen schließlich Sterne entstehen konnten. Diese Molekülwolken gehören zu den sieben am besten erforschten Sternentstehungsregionen in unserer Sonnenumgebung. Eine 3D-Rekonstruktion in Raum und Zeit zeigt all diese jungen Sternentstehungsregionen, die sich heute am Rand „unserer“ Lokalen Blase befinden.

„Als die ersten Supernovae explodiert sind, welche schließlich die Lokale Blase geformt haben, war unsere Sonne noch weit entfernt von diesem Ereignis“, schildert Koautor João Alves von der Universität Wien: „Aber vor etwa 5 Millionen Jahren hat der galaktische Orbit unserer Sonne unser Sonnensystem direkt in die Lokale Blase geführt. Nun sitzt die Sonne durch puren Zufall fast genau im Zentrum dieser Blase.“

Unsere Milchstraße als Schweizer Käse
Bereits vor etwa 50 Jahren stellten Astronom*innen die Theorie auf, dass solche Superblasen eine wichtige Rolle in Galaxien wie unserer Milchstraße spielen würden. „Nun haben wir auch den Beweis“, hält Astronomin Alyssa Goodman aus Harvard fest. Schließlich wäre die Wahrscheinlichkeit, dass die Sonne im Zentrum einer solchen Blase steht, extrem gering, wenn solche Blasen eine Ausnahme wären. Der Umkehrschluss: Galaxien wie unsere Milchstraße stellen generell so etwas wie einen löchrigen Schweizer Käse dar. Die Löcher in diesem Emmentaler, also die Blasen, wurden von vergangen Supernova-Explosionen erzeugt. So können neue Sterne um die „Käselöcher“ herum entstehen – dort, wo das Gas von der Energie der sterbenden Sterne verdichtet wurde.

Lokale Blase immer noch aktiv
Die Lokale Blase hat aber keine endgültige Form, sie ist immer noch aktiv, wächst weiterhin und dehnt sich aus, so der Hinweis der Forscher*innen. „Die Blase dehnt sich noch immer mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 bis 7 km/s in unserer galaktischen Nachbarschaft aus“, beschreibt Catherine Zucker vom Space Telescope Science Institute. „Allerdings hat sie den Hauptteil ihrer Kraft und ihren Schwung bereits verloren und sich auf eine relativ konstante Ausdehnungsgeschwindigkeit eingependelt.“

Nächster Schritt für die Forscher*innen ist es nun, alle interstellaren Blasen in Reichweite zu vermessen und so eine vollständige 3D-Visualisierung zu bekommen. Das soll es den Astronom*innen ermöglichen, den Einfluss von sterbenden Sternen auf die neue Sternentstehung besser zu verstehen und dadurch auch die Struktur und Evolution von Galaxien wie unserer Milchstraße.

Möglich wurde dies mit Hilfe von neuen Daten des Gaia Weltraumteleskops von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), welches die Distanzen und Eigenbewegungen von Milliarden von Sternen vermisst. „Diese Daten ermöglichen es uns, die jüngere Geschichte und Struktur der Milchstraße mit viel größerer Genauigkeit zu bestimmen als es vor Gaia möglich war“, erklärt Koautorin Josefa Großschedl von der Universität Wien. Sie trägt mit ihrer Forschung dazu bei, die Entstehungsgeschichte der jungen Sterne in unserer Nachbarschaft besser zu verstehen – „und dafür müssen wir uns insbesondere auch auf die Blasen, die Löcher im Käse der Milchstraße, konzentrieren“, so die Astronomin.

Originalpublikation in Nature:
Zucker C., Goodman A., Alves J., Großschedl J., Swiggum C., Finkbeiner D., Khimey D., Bialy S., Speagle J., Burkert A.: Star formation near the Sun is driven by expansion of the Local Bubble. In: Nature (2022)

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• Die Milchstraße

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Quelle: Universität Potsdam.

13. Juli 2021 – Astronomen ist die seltene Sichtung zweier Sterne gelungen, die spiralförmig ihrem Ende zusteuern, indem sie die verräterischen Zeichen eines tränenförmigen Sterns bemerkten. Aktuelle Forschungsergebnisse, die von einem internationalen Team unter Beteiligung der Universität Potsdam in „Nature Astronomy“ veröffentlicht wurden, bestätigen, dass sich die beiden Sterne im frühen Stadium einer Spirale befinden, die wahrscheinlich in einer Supernova vom Typ Ia enden wird. Dieser Supernova-Typ hilft den Astronomen zu bestimmen, wie schnell das Universum expandiert. Hauptautorin Dr. Ingrid Pelisoli, die heute an der Universität Warwick forscht, war während der Arbeit an der aktuellen Veröffentlichung bei Prof. Dr. Stephan Geier am Institut für Physik und Astronomie der Universität Potsdam tätig.

Das internationale Team von Astronomen und Astrophysikern unter Leitung der University of Warwick entdeckte ein seltenes Doppelsternsystem, das auf eine Supernova zusteuert. Die tragische Tropfenform des Systems wird durch einen massereichen Weißen Zwerg in der Nähe verursacht, der den anderen Stern mit seiner intensiven Schwerkraft verzerrt, was auch der Katalysator für eine eventuelle Supernova sein wird. Das Sternsystem gehört damit zu den wenigen bereits entdeckten, in denen eines Tages ein Weißer Zwergstern seinen Kern wieder entzünden wird.

Das Doppelsternsystem HD265435 befindet sich in etwa 1.500 Lichtjahren Entfernung und besteht aus einem Heißen Unterzwergstern und einem Weißen Zwergstern, die sich in etwa 100 Minuten eng umkreisen. Weiße Zwerge sind „tote“ Sterne, die ihren gesamten Brennstoff verbrannt haben und in sich zusammengefallen sind, was sie klein und extrem dicht macht. Man geht davon aus, dass eine Supernova vom Typ Ia entsteht, wenn der Kern eines Weißen Zwergsterns wieder aufflammt und eine thermonukleare Explosion auslöst. Es gibt zwei Szenarien, in denen dies geschehen kann. Im ersten Fall gewinnt der Weiße Zwerg genug Masse, um das 1,4-Fache der Sonnenmasse zu erreichen, was als Chandrasekhar-Limit bekannt ist. HD265434 passt in das zweite Szenario, bei dem die Gesamtmasse eines Sternsystems aus mehreren Sternen nahe oder über dieser Grenze liegt. Bisher wurden nur wenige andere Sternsysteme entdeckt, die diesen Grenzwert erreichen und zu einer Supernova vom Typ Ia führen werden.

Hauptautorin Dr. Ingrid Pelisoli von der University of Warwick, Fachbereich Physik erklärt: „Wir wissen nicht genau, wie diese Supernovae explodieren, aber wir wissen, dass es geschehen muss, weil wir sehen, dass es anderswo im Universum passiert. Eine Möglichkeit ist, dass der Weiße Zwerg genug Masse aus dem Heißen Unterzwerg akkumuliert. Während die beiden einander umkreisen und sich annähern, beginnt Materie aus dem Heißen Unterzwerg zu entweichen und auf den Weißen Zwerg überzugehen. Eine andere Möglichkeit ist, dass sie Energie durch Gravitationswellenemissionen verlieren und sich dadurch näher kommen, bis sie verschmelzen. Sobald der Weiße Zwerg bei beiden Methoden genug Masse gewinnt, wird er zur Supernova.“

Von 2018 bis 2020 war die Astrophysikerin Ingrid Pelisoli an der Universität Potsdam in der Arbeitsgruppe von Prof. Stephan Geier tätig. Auch er freut sich über die gelungene Beobachtung: „Die charakteristische Tränenform dieses Doppelsternsystems führt zu einer ebenso typischen Variation seiner Helligkeit. Diese Variation ist allerdings meist so klein, dass sie mit bodengebundenen Teleskopen nur schwer aufzuspüren ist. Die deutlich bessere Sensitivität des TESS-Weltraumteleskops ermöglichte uns diese Entdeckung.“ Ihre Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Science and Technology Facilities Council (UK) gefördert.

Link zur Publikation: Ingrid Pelisoli et al., A hot subdwarf–white dwarf super-Chandrasekhar candidate supernova Ia progenitor, Nature Astronomy, 2021.

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• Supernovae

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