Neutronenstern-Kollision: Doch kein Theorie-Verstoß

Erleichterung unter Astronomen: Die Theorien zu Neutronenstern-Kollisionen und ihrem Nachglühen scheinen doch zu stimmen. Denn entgegen ersten Beobachtungen entstand nach der Kollision vom Sommer 2017 doch ein ultraschneller Jet aus Teilchen und Strahlung, wie Beobachtungen mit Radioteleskopen belegen. Damit könnten solche Kollisionen und ihre Jets auch die Ursache der kurzen Gammastrahlenausbrüche sein, so die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Als Astronomen im August 2017 erstmals die Gravitationswellen einer Neutronenstern-Kollision einfingen, war dies eine Sensation, gab aber auch Rätsel auf. Denn das Nachglühen dieser kosmischen Katastrophe schien gängigen Szenarien zu widersprechen. Statt eines energiereichen Jets aus ultraschnellen Teilchen und Strahlung erzeugte das GW170817 getaufte Ereignis offenbar nur diffuse, gestreute Strahlung.

Und es gibt ihn doch

Liegt die Theorie demnach falsch? Offenbar nicht, wie nun neue Beobachtungsdaten eines Netzwerks von US-Radioteleskopen enthüllen. Die Teleskope der Very Long Baseline Interferometrie (VLBI) hatten das Radiowellen-Nachglühen 75 und 230 Tage nach der Neutronenstern-Kollision aufgezeichnet. In diesen Daten haben Kunal Mooley vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und sein Team nun noch einmal nach Indizien für einen Jet gefahndet.

Das Ergebnis: Die Neutronenstern-Kollision hat doch einen schmalen, ultraschnellen Jet produziert. „Basierend auf unseren Analysen ist dieser Jet sehr schmal, maximal fünf Grad breit und er zeigt rund 20 Grad von der Erde weg“, berichtet Koautor Adam Deller von der Swinbourne University of Technology. „Damit hatten wir richtiges Glück, diesen Jet überhaupt zu sehen. Bei einem größeren Winkel wäre die Radiostrahlung zu schwach gewesen, um sie zu detektieren.“

Znischen den beiden Beobachtungen hat der Jet zwei Lichtjahre zurückgelegt, dafür aber müsste er schneller gewesen sein als das Licht. Der Grund ist eine astronomische Illusion. © D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF

Erst Kokon, dann superluminaler Jet

Die Astronomen schließen aus ihren Daten, dass der Jet in den ersten 60 Tagen nach der Neutronenstern-Kollision tatsächlich von einem Trümmer-Kokon gebremst und teilweise geschluckt wurde – wie auf Basis früherer Beobachtungen angenommen. Dann aber durchbrach der Jet diesen Kokon und dominierte von da an die Strahlenemission des Ereignisses.

Nähere Analysen enthüllten, dass das Material in diesem Jet mit mehr als 97 Prozent der Lichtgeschwindigkeit ins All hinausrasen muss. Dadurch tritt ein besonderer Effekt auf, die sogenannte superluminale Bewegung: „Dabei messen wir eine Bewegung des Jets, die viermal schneller zu sein scheint als das Licht“, erklärt Mooley. „Diese Illusion kommt zustande, wenn der Jet fast direkt auf die Erde zeigt und das Material in ihm auf annähernd Lichtgeschwindigkeit beschleunigt ist.“

Das Szenario: Erst bremste ein Trümmer-Kokon den Jet, dann durchbrach er diese Barriere. © Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Gammablitz bei Jet-Passage?

Das aber bedeutet: Die gängige Theorie, nach der Neutronenstern-Kollisionen ultraschnelle Jets erzeugen, stimmt doch. Damit aber könnte sich eine weitere Hypothese der Astronomen bestätigen – dass solche Kollisionen die Ursache der kurzen Gammastrahlenausbrüche sind. Demnach entstehen die weniger als zwei Sekunden andauernden Gammablitze immer dann, wenn der energiereiche Jet einer Neutronenstern-Kollision unsere Erde streift.

Der aktuelle Nachweis des ultraschnellen Jets von GW170817 scheint diese Hypothese nun zu bestätigen. Zwar wurde in diesem Fall kein typischer Gammablitz registriert, weil der Winkel zur Erde zu groß war. Dennoch könnten nach den Berechnungen der Forscher zwischen drei und 30 Prozent aller Neutronenstern-Kollisionen solche Jets erzeugen. „Für jeden kurzen Gammastrahlenausbruch, der auf der Erde ankommt, gibt es rund tausend solcher Ereignisse mit energiereichen Jets, die von uns wegzeigen“, so die Astronomen. (Nature, 2018; doi: 10.1038/s41586-018-0486-3)

(National Radio Astronomy Observatory, 06.09.2018 – NPO)