Die Kilonova: was in ihren Lichtkurven steckt

Die rasante Lichtkurve der Kilonova nach der Neutronenstern-Verschmelzung in NGC 4993 ist in vielen Wellenlängen vom Ultravioletten bis Infraroten verfolgt worden – und nun hat man sich die Mühe gemacht, die Kurven alle gemeinsam darzustellen und zu analysieren: In dieser Grafik – die Daten sind auch in einer offenen Datenbank verfügbar – stecken 625 Helligkeitsmessungen (y-Achse) von 0.45 bis 29.4 Tage (x-Achse) nach der Verschmelzung. Das soll nicht nur schön aussehen: In der Helligkeits- und Farb-Entwicklung sind konkrete Informationen über die Explosionswolke codiert, deren Licht von einer Vielzahl frisch entstandener Atomkerne stammt, deren Zerfall sie heizt.

Die Helligkeitsverläufe – hier für 9 der Farben und zur Abwechslung mal gegen den Logarithmus der Zeit – lassen sich offenbar am besten als Summe (schwarze Kurven) dreier kugelförmig ausgestoßener Komponenten (bunte Kurven) beschreiben: Insgesamt wurde danach etwa 1/15 Sonnenmasse in den Raum geschleudert, dominiert von leichteren chemischen Elementen aus dem r-Nukleosynthese-Prozess (Massenzahl A < 140) mit "moderaten" Geschwindigkeiten um 1/7 Lichtgeschwindigkeit. Dabei stecken 1/25 Sonnenmasse in Material mittlerer Durchsichtig- und Geschwindigkeit (lila Kurven), 1/60 Sonnenmasse in leichteren Elementen mit 1/4 Lichtgeschwindigkeit (blau) und 1/110 Sonnenmasse in schweren Elementen (Lanthanoiden) mit 1/12 Lichtgeschwindigkeit. Letzere (rot) sorgten auch für die starke Rötung der Kilonova nach wenigen Tagen.

Die ist deutlich in der Entwicklung diverser Farb-Indices, hier jeweils aus dem Vergleich zweier Farben und wie in den anderen Diagrammen gegen die nun wieder lineare Zeit in Tagen aufgetragen: Diesmal sind schwarz die interpolierten Messungen und magenta der Fit aus dem o.g. Dreikomponenten-Modell. Dessen leichte Komponente dürfte überwiegend aus den Polen geschossen sein, woraus wiederum folgt, dass die beteiligten Neutronensterne höchstens 24 km groß waren. Und die anderen kamen aus einer Akkretionsscheibe um das neu gebildete Objekt: Das ist demnach schnell zu einem kleinen Schwarzen Loch kollabiert und hat nicht noch eine Weile als instabiler Monster-Neutronenstern überlebt. Viele der Zahlen sind noch unsicher, so könnte die Gesamtmasse der Ejekta um 50% überschätzt sein. Aber es sieht so aus, dass Neutronenstern-Fusionen der dominante Prozess der r-Nukleosynthese im Kosmos sein könnten. Interessant auch ein weiteres Paper mit der – vergeblichen – Suche nach Gravitationswellen von der Quelle nach der Verschmelzung, eine PM aus Frankfurt zu weiteren Untersuchungen von Neutronenstern-Paaren in Computer-Simulationen und Interviews im ESO-Blog, wie sich die Kilonova für optische Astronomen anfühlte. Und allerlei weitere Artikel hier, hier, hier, hier und hier zur Bedeutung der Gravitationswellen von der Neutronenstern-Fusion für die Fundamentalphysik und Kosmologie.

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