Mysteriöse Rasse von Sternen, die für epische Supernovae bestimmt sind, endlich identifiziert: ScienceAlert

By | December 19, 2023

Wenn massereiche Sterne sterben, verschwinden sie nicht lautlos. Ihr Tod ist ein Supernova-Spektakel, das heller leuchten kann als eine ganze Galaxie am Nachthimmel und Sternmaterie in den Raum um sie herum schleudert, während ihr Kern in ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern kollabiert.

Wir haben nun eine Reihe dieser Explosionen katalogisiert und ihr Licht analysiert, um herauszufinden, woraus genau Sterne bestehen. Und Wissenschaftler bemerkten ein merkwürdiges Muster.

Eine große Anzahl von Supernovae ist auf mysteriöse Weise frei von Wasserstoff – was darauf hindeutet, dass es auch eine beträchtliche Population wasserstoffarmer Sterne geben muss, aus denen diese Supernovae stammen. Tatsächlich haben Astronomen vorhergesagt, dass etwa ein Drittel aller massereichen Supernova-Vorläufer wasserstoffarm sein dürften.

Aber als es darum ging, diese wasserstoffarmen Supernova-Kandidaten im Universum zu finden, brachten Suchen einen einzigen zutage ekelhaft Möglichkeit, was die Wissenschaftler rätseln lässt.

Nun ja, sie jucken nicht mehr. Eine gezielte Suche nach diesen Sternen ergab 25 Sterne, die perfekt zum Profil passen. Diese hypothetischen Sterne existieren wirklich und jetzt wissen wir, wie wir sie identifizieren können.

„Das war ein so großes, offensichtliches Loch“, sagt die Astronomin Maria Drout von der University of Toronto, die die Forschung gemeinsam mit der Astrophysikerin Ylva Götberg vom Österreichischen Institut für Wissenschaft und Technologie leitete, die zu dieser Zeit an den Observatorien von Carnegie war Institution für Wissenschaft, Pasadena, USA.

„Wenn sich herausstellt, dass diese Sterne selten sind, dann ist unser gesamter theoretischer Rahmen für all diese verschiedenen Phänomene falsch, mit Auswirkungen auf Supernovae, Gravitationswellen und Licht entfernter Galaxien. Diese Entdeckung zeigt, dass diese Sterne wirklich existieren.“

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Der Theorie zufolge werden Supernovae mit gestrippter Hülle, wie diese wasserstoffarmen Supernovae genannt werden, von Doppelsternen erzeugt.

Wir haben bereits Sterne in engen Doppelsternsystemen gesehen, die sich gegenseitig Material entziehen. In diesen Paaren entfernt ein Stern die Wasserstoffhülle von seinem binären Begleiter und hinterlässt einen Heliumstern mit wenig Wasserstoff. Infolgedessen stößt der Begleiter wenig Wasserstoff aus, wenn er schließlich explodiert.

Wir sahen Heliumsterne an der oberen Grenze des Sternmassenbereichs; Diese sind robust genug, dass sich ihre Kerne bei ihrem Tod in Schwarze Löcher verwandeln. Aber im mittleren Bereich, also Sternen, die zwischen dem 8- und 25-fachen der Sonnengröße geboren wurden, gab es nur sehr wenige.

Das ist ein Problem. Diese Sterne sind die Vorläufer von Neutronensternen und der Theorie zufolge die Vorläufer von Neutronensternverschmelzungen. Sie sollten deutlich zahlreicher sein als wirklich große Tiere.

Sie sind aber auch schwerer zu erkennen. Ohne ihr äußeres Material liegt ein Großteil des Lichts, das sie aussenden, außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums. Und mit einem größeren, helleren Begleiter, der sich mit dem ganzen Wasserstoff, den er gerade verbraucht hat, in einer engen Umlaufbahn vollgestopft hat, ist der Heliumstern noch schwerer zu erkennen.

Deshalb führten die Forscher ihre Forschung unter ultraviolettem Licht durch. Zwischen 2018 und 2022 untersuchte es mit dem Swift Ultraviolet/Optical Telescope Millionen von Sternen in der Großen und Kleinen Magellanschen Wolke, Zwerggalaxien, die die Milchstraße umkreisen. Sie wählten 25 Kandidaten mit ungewöhnlichen Ultraviolettprofilen für die Nachverfolgung aus und nutzten die Magellan-Teleskope, um optische spektroskopische Daten zu erhalten, um die chemische Zusammensetzung der Sterne aufzudecken.

Die Große Magellansche Wolke im Ultraviolett. (NASA/Swift/S. Immler/Goddard und M. Siegel/Penn State)

Und sie lagen genau richtig. Seine Sterne hatten die hohen Temperaturen, die hohe Oberflächengravitation, den hohen Heliumgehalt und den niedrigen Wasserstoffgehalt, die wir bei Heliumsternen mittlerer Masse erwarten würden. Sechzehn von ihnen zeigten eine Bewegung, die mit einem binären Begleiter übereinstimmte.

„Wir haben gezeigt, dass diese Sterne blauer waren als die Geburtslinie des Sterns, die blauste Phase im Leben eines einzelnen Sterns“, sagt Götberg.

„Einzelne Sterne reifen, indem sie sich in den rötesten Bereich des Spektrums entwickeln. Ein Stern bewegt sich nur dann in die entgegengesetzte Richtung, wenn seine äußeren Schichten entfernt werden – etwas, das bei wechselwirkenden Doppelsternen voraussichtlich häufig vorkommt und bei massereichen Einzelsternen selten ist.“

Dies ist nur ein erster Schritt. Das Team untersucht seine Sterne derzeit genauer, um mehr über sie zu erfahren, und weitet seine Suche aus, um nach noch mehr Heliumsternen zu suchen. Außerdem haben sie ihre Daten und theoretischen Modelle veröffentlicht, damit andere Wissenschaftler an der Forschung teilnehmen können.

„Diese Arbeit hat es uns ermöglicht, die fehlende Population von masselosen Heliumsternen mittlerer Masse zu finden, den vorhergesagten Vorläufern wasserstoffarmer Supernovae. Diese Sterne hat es schon immer gegeben und es gibt wahrscheinlich noch viel mehr da draußen. Wir müssen einfach Wege finden, sie zu finden.“ „, sagt Götberg.

„Unsere Arbeit mag einer der ersten Versuche sein, aber es muss andere Möglichkeiten geben.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaft.

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