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Freitag, 24.11.2017
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Erste Gravitationswellen von Neutronenstern-Kollision

Astronomen detektieren erstmals Strahlung und Raumzeit-Erschütterungen aus einer Quelle

Neuer Meilenstein der Gravitationswellen-Astronomie: Erstmals haben Astronomen Gravitationswellen von der Kollision zweier Neutronensterne eingefangen. Bei diesem explosiven Ereignis wurde elektromagnetische Strahlung frei, die von Teleskopen auf der ganzen Erde beobachtet wurde. Zum ersten Mal ist es damit gelungen, Gravitationswellen aus einer anderen Quelle als Schwarzen Löchern zu detektieren – und diese gleichzeitig zu sehen und zu "belauschen".
Wenn zwei Neutronensternern kollidieren, senden sie sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Strahlung aus - beides haben Astronomen jetzt erstmals detektiert.

Wenn zwei Neutronensternern kollidieren, senden sie sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Strahlung aus - beides haben Astronomen jetzt erstmals detektiert.

Gerade erst haben die Gründerväter der LIGO-Kollaboration den Physik-Nobelpreis für den Nachweis von Gravitationswellen bekommen, da folgt schon die nächste Sensation. Denn alle vier bisher detektierten Gravitationswellen-Ereignisse stammten von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern. Die Theorie sagt jedoch voraus, dass auch andere energiereiche Ereignisse, wie die Kollision von Neutronensternen oder auch eine heftige Supernova solche Erschütterungen der Raumzeit auslösen müssten.

Kollision zweier Neutronensterne


Jetzt ist den Astronomen genau dieser Nachweis gelungen: Zum ersten Mal haben sie an der Quelle eines Gravitationswellen-Ereignis auch elektromagnetische Strahlung registriert – und dies fast im kompletten Spektrum von Gammastrahlen über UV, sichtbares Licht und Infrarot bis hin zu Radiowellen. Die Art der Strahlung und die Form der Gravitationswellen deuten darauf hin, dass die explosive Kollision zweier Neutronensterne diese Signale ausgesendet hat.

"Dies ist der erste eindeutige Nachweis einer Verschmelzung zweier Neutronensterne", sagt Dale Frail vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO). Die GW170817 getaufte Kollision fand rund 130 Millionen Lichtjahre von uns entfernt statt. Die dabei erzeugten Erschütterungen der Raumzeit erreichten am 17. August 2017 die Erde und damit auch die LIGO-Detektoren. "Das ist das Ereignis, auf das wir alle gewartet haben", sagt David Reitze, Leiter der LIGO Kolaboration.


Heller Lichtpunkt in naher Galaxie


Als die LIGO-Astronomen die Signale sahen, alarmierten sie sofort ein ganzes Netzwerk von Observatoren und baten sie, nach auffallenden Strahlenpulsen aus dem Herkunftsgebiet der Gravitationswellen zu suchen. Möglich wurde dies, weil die Gravitationswellen sowohl von den beiden LIGO-Detektoren in den USA als auch von Virgo in Italien detektiert wurde. Dies erst machte die genauere Eingrenzung des Herkunftsgebiets möglich.

Aufnahme des Lichtpunkts am Ort der Neutronenstern-Kollision durch das Swope Teleskop

Aufnahme des Lichtpunkts am Ort der Neutronenstern-Kollision durch das Swope Teleskop

Nur elf Stunden später wurden Astronomen am Swope Telescope in Chile als erste fündig: "Wir sahen eine helle bläuliche Lichtquelle in einer nahegelegenen Galaxie", berichtet Josh Simon von der Carnegie Institution. "Das war definitiv ein spannender Moment." Denn dieser plötzlich aufleuchtende Lichtpunkt in der Konstellation Hydra lag genau dort, wo die Gravitationswellen herkamen – und er zeigte an, dass diesmal etwas anderes als Schwarze Löcher die Ursache waren.

Sehen und Hören zugleich


Auch die Weltraumteleskope Swift und NuSTAR hatten die Strahlenquelle im Visier und registrierten starke UV-Strahlung. Diese ebbte jedoch bereits zwei Tage nach Ankunft der Gravitationswellen wieder ab. Länger erhalten blieb dagegen das Nachglühen im optischen, Infrarot- und Radiobereich. Neun Tage später detektierten die Teleskope auch Röntgenstrahlen des Ereignisses. Über Tage und Wochen hinweg ließen sich die strahlenden Folgen der Neutronenstern-Kollision verfolgen.

"Die Geschichte, die wir hier beobachten, ist damit vollständiger als jedes andere Ereignis in der Astronomie-Geschichte", sagt Gregg Hallinan vom California Institute of Technology. "Mit den Informationen, die sowohl die Gravitationswellen als auch die elektromagnetische Strahlung liefern, können wir das selbe Ereignis erstmals sowohl hören als auch sehen."

Aufnahmen des Ereignisses im UV-, Infarot- und Radiobereich.

Aufnahmen des Ereignisses im UV-, Infarot- und Radiobereich.

Anders als alle bekannten kosmischen Explosionen


Schon die ersten Auswertungen der verschiedenen Beobachtungen verraten einiges über die katastrophale Kollision. Demnach wurde bei der Verschmelzung der beiden Neutronensterne Material mit extrem hohen Tempo ins All hinausgeschleudert. Die Gas- und Materiewolke der Explosion dehnte sich wahrscheinlich mit rund 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit aus – und damit viel schneller als bei einer Supernova.

Aus den Daten der Weltraumteleskope ermittelten die Forscher, dass sich die beiden Neutronensterne wahrscheinlich in einem um 30 Grad gegenüber unserer Sichtlinie gekippten Winkel umkreisten, bevor sie kollidierten. Die dabei ausgesendete Strahlung ähnelte in Zusammensetzung und Merkmalen weder einer Supernova, noch einem Gammstrahlenausbruch oder einem anderen bisher bekannten astronomischen Ereignis.

Erklärung für kurze Gammastrahlenblitze


Spannend auch: Zur gleichen Zeit, als die Gravitationswellen-Detektoren ihr Signal detektierten, registrierte auch das Gammastrahlen-Teleskop Fermi einen hellen Gammablitz. Für die Astronomen ist dies besonders interessant, denn es könnte bestätigen, dass kurze Gammastrahlen-Ausbrüche von solchen Neutronenstern-Kollisionen verursacht werden.

"Nach der bisher favorisierten Erklärung entstehen diese Blitze durch die fast mit Lichtgeschwindigkeit ausgeschleuderten Materiejets bei einer Kollision von Neutronensternen", erklärt Eric Burns vom Goddard Space Flight Center der NASA. "Jetzt sagt uns LIGO, dass es eine solche Verschmelzung kompakter Objekte gab und Fermi sagt uns, dass es einen kurzen Gammastrahlen-Ausbruch gab. Das bestätigt diese Verbindung auf dramatische Weise."

(AAAS, LIGO, Carnegie Institution, NRAO, 17.10.2017 - NPO)
 
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