Posts Tagged ‘Neutronenstern’

Einsichten zu explodierten Sternen kompakt

4. November 2011

Lichtkurven der Supernova 2011fe in Messier 101 – vom Satelliten Swift und seinem UV- und optischen Teleskop, das die besten Daten über die ganz frühe Entwicklung einer Typ-Ia-Supernova im Ultravioletten liefern konnte (und dem die SN bei größeren Wellenlängen bald zu hell wurde). Eine wesentliche Erkenntnis: Es hat kein UV-Aufglühen gleich am Anfang gegeben – wie man es aber eigentlich erwarten würde, wenn der Begleiter, der den Weißen Zwerg mit Materie fütterte, bis er thermonuklear explodierte, ein normaler Stern gewesen wäre: Der hätte nämlich einen markanten Schock erlitten. Selbst eine Sonne in ein paar Radien Abstand kann ausgeschlossen werden – ein Indiz für die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge als Ursache zumindest dieser Ia-Supernova? (Brown & al., Preprint 12.10.2011. Auch Li & al., Preprint 7.9.2011 mit einer sehr harten Hubble-Obergrenze für die Helligkeit des Progenitors, die ebenfalls gegen einen großen Stern als Begleiter spricht, und Gonzalez-Gaitan & al., Preprint 27.9.2011 zur Anstiegsphase von Ia-Supernovae, die immer 17 Tage dauert)

Sieben Papers über die Supernova 2011dh in Messier 51

  • Die viel beachtete Supernova war vom Typ IIb, also ein kollabierter Stern, dem aber vorher seine äußeren Schichten abhanden gekommen waren, hat ihre frühe Photometrie und Spektroskopie gezeigt: Damit kann der Stern, den Hubble-Aufnahmen exakt an ihrem Ort zeigen, entgegen ersten Vermutungen schwerlich der Vorgänger gewesen sein. Die Hubble-Bilder von M 51 – 2005 im Rahmen des „Heritage“-Programms entstanden, bei dem es um pretty pictures geht – sprechen für einen gelben Überriesen mit -7.7Mv Absoluthelligkeit, der 100’000-fachen Sonnenleuchtkraft und dem 290-fachen Sonnendurchmesser, mit 17 bis 19 Sonnenmassen: vermutlich ein Begleiter des explodierten Sterns, dessen tatsächlichen Vorgänger – einen kompakten und sehr heißen Wolf-Rayet-Stern – er locker überstrahlen konnte. (van Dyk & al., Preprint 5.10.2011; auch Murphy & al., Preprint 13.10., Arcavi & al., Preprint 17.6., Maund & al., Preprint 13.6.2011 zur Vorgänger-Frage)
  • Die SN 2011dh ist eine der am besten im Radio- wie Röntgenbereich beobachteten Supernovae: So wurden schon 14 Tage nach der Explosion VLBI-Beobachtungen (u.a. mit dem Effelsberger 100-m-Teleskop) gemacht, die allerdings nur eine Obergrenze des Supernova-Durchmessers von 450 µas lieferten, angesichts des kompakten Vorgängers – die SN war vermutlich vom Typ cIIb – und der Expansionsgeschwindigkeit der Ejekta allerdings auch nicht anders zu erwarten. Auch die Röntgenlichtkurve spricht für einen kompakten Vorgängerstern und gegen den gelben Überriesen als explodierten Stern. (Martí-Vidal & al., Preprint 26.10., Soderberg & al., Preprint 10.7.2011)
  • Mit Hilfe der SN 2011dh und und der ebenfalls in M 51 beobachteten SN 2005cs konnte die Entfernung der Galaxie – mit der Expanding Photosphere Method – neu zu 8.4±0.7 Mpc bestimmt werden: Das bedeutet u.a. auch wieder, dass der gelbe Überriese am Ort der SN 2011dh ca. 277 Sonnendurchmesser hatte und nicht der Vorgänger der Supernova gewesen sein kann. (Vinko & al., Preprint 2.11.2011)

Enorme Mengen Staub in der Supernova 1987A, die dort offenbar nach der Sternexplosion aus dessen Überrest gebildet wurden, hat – nach jahrelanger Suche mit diversen Teleskopen – nunmehr der Satellit Herschel dingfest gemacht („Jede Menge …“): Aus letztlich nur vier Helligkeitsmessungen bei verschiedenen IR-Wellenlängen und dem Ausschließen aller alternativen Erklärungen für diese Emission folgen stolze 0.4 bis 0.7 Sonnenmassen Staub in Form 17 bis 23 K kalter Teilchen. Die ausgesprochen effiziente Staubproduktion dieser Supernova spricht dafür, dass Supernovae maßgeblich für die Staubmassen in jungen Galaxien bei hohen Rotverschiebungen verantwortlich sein könnten. (Matsuura & al., Science 333 [2.9.2011] 1258-61, auch McKee, ibid. S. 1227-8)

Zirkumstellares Material um viele Typ-Ia-SNe herum

verrät sich als blauverschobene Absorber in den Spektren von 35 dieser Supernovae: Bei diesem vom explodierten System fort strömenden Gas handelt es sich offenbar um einen Wind des Begleiters, dessen Gas den Weißen Zwerg zur Explosion brachte: Das passt nur zu einem normalen Stern und nicht zu einem zweiten Weißen Zwerg, der mit dem ersten verschmolz und ihn so über die kritischen Massengrenze trieb. Mindestens jedes vierte als Ia-SN endende System ist offenbar von dieser Sorte. (Sternberg & al., Science 333 [12.8.2011] 856-9; Carnegie Release 10., Weizmann Release 22.8.2011; S&T 18.8.2011)

Eine Supernova des Typs Ia mitten im Nirgendwo ist PTF10ops, die überdies in keine bekannte Unterklasse dieses Typs passt: Ihre Leuchtkraft ist geringer als üblich, die Lichtkurve dagegen normal. Und an ihrem Ort ist keinerlei Galaxie zu finden, erst in 150 kpc Entfernung: Ist hier ein extrem altes Sternsystem explodiert, das bis dorthin gewandert war? So oder so passt dieser Fall zu keinem der bislang vorgeschlagenen Vorgänger-Wege. (Maguire & al., Preprint 1.8.2011)

Typ-Ia-SNe waren im jungen Kosmos 5-mal häufiger

als im heutigen, zeigt ein intensives Suchprogramm mit dem Subaru-Teleskop, das in 150’000 Galaxien 150 Sternexplosionen vorfand, darunter 40 des thermonuklearen Typs: Vermutlich gab es damals einfach mehr junge Sterne, die zu den erforderlichen Weißen Zwergen wurden. (Subaru Release 3., Berkeley Release 4.10.2011)

Extrem helle Supernovae ohne Wasserstoff und Helium und einer mehr als 10-fach höheren Leuchtkraft als normal – bereits im nahen Kosmos bekannt – hat das PanSTARRS-Teleskop („PanSTARRS …“) auch in kosmologischer Distanz gefunden: Bei den meisten ist keine Galaxie dahinter zu erkennen. Und der Mechanismus der Explosionen? Unbekannt. (PS1SC Blog 4.10.2011)

Ein Pulsar machte aus einem Begleitstern einen „Planeten“

Das System PSR J1719-1438 ist es das zweite bekannte überhaupt, bei dem ein Pulsar von einem oder mehreren Objekten von Planeten-Masse umkreist wird – allerdings liegt hier der Verdacht nahe, dass das Ding mit einer Jupitermasse, das den Millisekundenpulsar alle 2.2 Stunden umkreist, früher einmal ein richtiger Stern war, dem die Strahlung des Neutronensterns sein meistes Gas davon geblasen hat. Mit einer Dichte von mindestens 23 g/cm^3 dürfte das höchstens 60’000 km große Objekt – korrekt wohl als ultraleichter Weißer Zwerg anzusprechen – aus Kohlenstoff bestehen, der in einer diamantartigen Kristallform vorliegt. (Bailes & al., Science 333 [23.9.2011] 1717-20; MPIfR PM 25., Matt Burleigh’s Blog, Professor Astronomy 26.8.2011)

Gepulste Gammastrahlung mit mehr als 100 GeV vom Crab-Pulsar, die der VERITAS-Detektor beobachtet, gibt Rätsel auf: Die üblicherweise heran gezogene Curvature Radiation kommt als Emissionsmechanismus nicht mehr in Frage (bisher war der Crab bis 25 GeV gesehen worden), eher schon inverse Compton-Strahlung – jedenfalls muss sie in mindestens 10 Radien Abstand vom Neutronenstern erzeugt werden, und es ist auch nicht klar, ob derselbe Mechanismus für die Crab-Emission bei allen Energien sorgt. (VERITAS Collab., Science 334 [7.10.2011] 69-72; CfA, WUStL, UCSC Releases, Ars Technica, Welt der Physik 6.10.2011. Und ArXiV Blog 11., AstroBites 12., Physics World 18.8.2011 zu würfelförmigen Neutronen in Neutronensternen – das packt sich besser)

Verschmelzende Neutronensterne leuchten lange im Radio

nach, u.U. wochenlang, während der rasante – „mild-relativistische“ Ausfluss aus dem Prozess mit dem umgebenden Medium wechselwirkt: Das zeigen jetzt Modellrechnungen. Die erfreulich für die Astronomie mit Gravitationswellen sind, denn Neutronenstern-Fusionen dürften zu den ersten kosmischen Quellen gehören, die deren Detektoren „empfangen“ können, wenn sie empfindlich genug geworden sind. Und das wäre der Nachweis der zugehörigen Radiostrahlung – die erst nach einer Weile einsetzt – eine willkommene Bestätigung, dass es tatsächlich passiert ist. Denn ansonsten ist allenfalls mit einer (optischen) Mini-Supernova zu rechnen, die leicht übersehen werden kann; das Radiosignal ist dagegen „robust“. Kurioserweise wurde schon einmal genau so eins beobachtet, aber der 5-GHz-Transient RT 19870422, der immerhin zwei Monate dauerte, könnte auch eine exotische Supernova gewesen sein. (Nakar & Piran, Nature 478 [6.10.2011] 82-4; BdW 29.9.2011)

Als der Stern ins Schwarze Loch fiel, gab es auch einen Jet und nicht nur ein zunächst GRB-artiges, dann aber lange anhaltendes Aufleuchten bei hohen Energien: Weitere Daten von der exotischen Quelle Sw 1644+57 legen nun nahe, dass dabei ein relativistischer Jet entstand – mit dem Theoretiker bei der Akkretion vom Masse auf ein SL nicht gerechnet hatten. Praktischerweise zeigt der Jet fast exakt in unsere Richtung – und es glimmt noch immer und wohl noch bis 2012. (Burrows & al./Zauderer & al., Nature 476 [25.8.2011] 421-8, auch Lazzati, ibid. 405-6; NASA Release, New Scientist 24., JAXA Release 25.8.2011)

Nachrichten aus der Astronomie kompakt

18. Juli 2011

Ein aktuelles ISS-Astronauten-Foto der Shoemaker-Impaktstruktur (früher Teague-Struktur) in Westaustralien, die vermutlich 1.6 Milliarden Jahre alt und immer noch ganz gut zu erkennen ist; Durchmesser etwa 30 km.

Atmosphärenforschung … mit Totalen Mondfinsternissen?

Gleich zwei Papers haben sich vergangenen Monat mit der Analyse des Lichts beschäftigt, das bei Totalen Mondfinsternissen im Kernschatten der Erde landet: überwiegend hinein gebrochen von der Linsenwirkung der Atmosphäre aber u.U. auch gestreut von Partikeln, die darin schweben. Letzteres ist nach Spektren der MoFi vom 16.8.2008 aus La Palma überraschend stark der Fall gewesen: Hier könnte der Ausbruch des Vulkans Kasatochi eine Rolle gespielt haben, dessen Aerosole diffuses Sonnenlicht in die Umbra streuten, das bei Wellenlängen < 600 nm sogar dominierte und die Farbe der Umbra insgesamt beeinflusste. Und aus dunklen Anomalien in der Umbra der MoFi vom 15.6.2011, die in Russland fotometriert wurden, soll sich – nunmehr allein durch Dreck im Lichtweg bei der atmosphärischen Lichtbrechung – auf besonders starke Luftverschmutzung über dem Osten Chinas schließen lassen. Eindeutig ist das aber nicht … (Muñoz & al., Preprint 15., Ugolnikov & al., Preprint 30.6., Sky & Tel. 15.7.2011)

Laser-Leitstern-Tests für die ESO … an einer bayerischen Volkssternwarte! Ein neues kompaktes Lasersystem, mit dem künstliche Sterne für neue Adaptive Optik am Very Large Telescope und sogar E-ELT erzeugt werden sollen, wird derzeit an der VSW in Ottobeuren getestet, wo der 20-Watt-Laser auf einem 60-cm-Teleskop sitzt: Dessen CCD-Kamera beurteilt dann die Qualität der „Sterne“. (ESO Announcement 22.6., AVSO Monatsübersicht Juni/Juli 2011)

Der erste Nachweis seismischer Wellen im Planeten Jupiter

scheint vor über sechs Jahren mit dem „Fourier-Tachometer“ SYMPA auf Teneriffa gelungen zu sein, aber erst jetzt hat man sich getraut, ein Paper einzureichen – zu oft war der Versuch in den Jahrzehnten davor gescheitert, vor allem weil der Planet so rasend schnell rotiert. Doch die Radialgeschwindigkeitsmessungen deuten nun auf klare globale Schwingungsmoden des Jupiter hin, zwischen 0.8 und 2.1 mHz und mit der maximalen Amplitude bei 1.2 mHz. Alle Eigenschaften der globalen Moden passen bislang genau zu den theoretischen Erwartungen; bei den Jupiter-Oppositionen 2012/13 soll ein verbessertes SYMPA tiefschürfendere Einsichten in sein Innenleben liefern – und auch bei den anderen Gasplaneten sollte es funktionieren. (Gaulme & al., Preprint 19.6.2011. Und UA News 29.6., Nature News 7., Sky & Tel. 11.7.2011 zur Neubestimmung der Neptun-Rotation anhand alter Hubble-Bilder)

Magnetosonische Wellen in der Sonnenkorona direkt abgebildet haben die AIA-Kameras auf dem Solar Dynamics Observatory: als bogenförmige Wellenzüge mit 1-5 Prozent Intesitätsvariationen und ~200 Sekunden Lebensdauer: Sie entstehen am Ort von Sonnenflares und bewegen sich mit einer Phasengeschwindigkeit von rund 2200 km/s bis zu 400’000 km weit. Danach landet ihre Energie wohl in der Heizung der Korona, zu der sie aber, da sie ausschließlich im Zusammenhang mit Flares auftreten, keinen bedeutenden Beitrag leisten können. (Liu & al., Preprint, Astronomy Now 16., Lockheed Martin Press Release 15.6.2011)

Enormer Neutronenstern-Ausbruch: 10’000x röntgenheller

wurde IGR J18410-0535 vier Stunden lang, während Teile eines Materieklumpens, den ein Überriesen-Begleitstern abgesondert hatte, auf ihn stürzte und Millionen Grad Temperatur erreichten – dabei sollte XMM-Newton das „supergiant fast X-ray transient“-System eigentlich im Ruhezustand untersuchen. Ohne den 10 km großen Neutronenstern im Weg wäre die Gaswolke wohl sang und klanglos davon geflogen.(Bozzo & al., Preprint 30.6.2011; ESA Release 28., Sky & Tel. 30.6.2011. Auch Manchester & Hobbs, Preprint 26.6.2011, mit dem größten je beobachteten Glitch eines Pulsars und ein NASA Release 29.6.2011 zu einem anderen kuriosen Doppelsystem, das ‚auf Bestellung‘ einen Doppel-Gamma-Flare erzeugte)

Ein neuer Fall von einem Gamma-ray Burst mit Supernova dazu ist GRB 091127 / SN 2009 nz – das Spektrum der Supernova ist zwar ziemlich verrauscht, ähnelt aber dem anderer Supernovae, die mit GRBs zusammen hängen: Auch sie ist wieder vom Typ Ic. Damit war ein kosmologischer GRB (Rotverschiebung 0.49) das Ergebnis der Explosion eines massereichen Sterns, die als solche keine ungewöhnliche Energie besaß. (Berger & al., Preprint 15., astrobites 27.6.2011. Und Reid & al., Preprint 18., Physics World 28.6., New Scientist 2.7.2011 zu einer trigonometrischen Entfernungs- und damit neuen Massenbestimmung von Cygnus X-1)

Kosmische Erkenntnisse aus Daten von Pioneer 10 und 11

lassen sich auch nach 40 Jahren noch gewinnen, denn die ersten beiden Raumsonden, die in die Tiefen des Sonnensystems geschickt wurden, waren mit sehr guten Imaging Polarimetern ausgestattet, die die Helligkeit des Himmels rund um die Sonden maßen: Aus diesen Daten wurde nun – anhand von Katalogen – das Licht aller Sterne der Milchstraße abgezogen bzw. wegmodelliert, und es bleibt immer noch etwas übrig. Für dieses Restlicht sorgt zum einen Staub in der Milchstraße, der Sternlicht diffus streut (bekannt durch seine IR-Emission; die Verteilung korreliert mit dieser Pioneer-Komponente), und zum anderen die Gesamtheit aller Galaxien, deren integriertes Licht man berechnen kann. Mehr ist nicht: Andere Populationen wie ‚erste Sterne‘ können ausgeschlossen werden. (Matsuoka & al., Preprint 9.7.2011)

Extrem harte Gamma-Strahlung aus dem Kugelsternhaufen Terzan 5 gibt ein Rätsel auf: Sie wurde – von den H.E.S.S.-Cherenkov-Teleskopen in Namibia – zum ersten Mal überhaupt bei einem Kugelhaufen gesehen und kommt aus einer länglichen Quelle, die nicht mit dem Haufenzentrum zusammen fällt! Die Wahrscheinlichkeit, dass HESS J1747-248 und Terzan 5 einander nur zufällig so nahe sind, beträgt nur 1:10’000: Die Tatsache, dass in gerade diesem Haufen mehr Millisekunden-Pulsare als irgendwo sonst bekannt sind, hat wohl etwas zu bedeuten – aber einen plausiblen Mechanismus für die H.E.S.S.-Strahlung sehen deren Entdecker erst einmal nicht … (H.E.S.S. Collab., Preprint 24., MPK Press Release 22.6.2011)

Bei z~6-8: Zentralmaschinen & Galaxien wuchsen parallel

Kein Röntgenteleskop kann die Emission der zentralen Maschinen, mutmaßlich Supermassive Schwarze Löcher, von Galaxien mit extremen Rotverschiebungen individuell wahrnehmen – aber man kann ja Röntgenbilder von hunderten Galaxien aufaddieren, deren Positionen man aus optischen Aufnahmen kennt. So geschehen mit Chandra-Aufnahmen von 197 Galaxien – macht eine Gesamtbelichtungszeit von 23 Jahren! – mit Rotverschiebungen um 6, und tatsächlich taucht dann ein signifikantes Röntgensignal auf, zu dem jede einzelne Galaxie weniger als 5 Photonen beiträgt. Aus dem Signal schließen seine Nachweiser, dass sich die Supermassiven SL und Galaxien die gesamte kosmische Geschichte hindurch parallel entwickelt haben, wobei erstere aber anfangs in kalten Gaswolken verborgen blieben und auch wenig zur Reionisation des Alls beitragen konnten. (Treister & al., Nature 474 [16.6.2011] 356-8, Vikhlinin, ibid. 293-4; Yale, Rutgers, Hawaii Press Releases 15., DLF, Spiegel 16.6.2011)

Auch Galaxien im fernen Kosmos können „wach“ sein oder „schlafen“, d.h. – genau wie man es in unserer Nachbarschaft kennt – entweder aktiv Sterne bilden oder nicht: Mindestens 85% der kosmischen Geschichte gab es diese Zweiteilung. Damals war der Anteil der sternbildenden (und dadurch blauer erscheinenden) Galaxien höher als heute, und es gibt so gut wie keine Übergangsformen: DIe Sternentstehung kommt offenbar ziemlich plötzlich zum Erliegen bzw. sackt auf 1/50 ab. (Yale Release 20.6.2011. Auch ein JPL Release 30.6.2011 zum stetigen Wachstum von Galaxien im frühen Kosmos – Verschmelzungen spielten gemäß Spitzer-Beobachtungen keine dominante Rolle)