Eine Illustration zeigt einen Stern, der als „Intermediate Luminosity Red Transients“ oder „ILRT“ explodiert. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Der Name „Intermediate Luminosity Red Transients“ oder „ILRTs“ ist vielleicht kein astronomischer Begriff, den Sie kennen, aber diese seltenen, helligkeitsverschiebenden Sterne sind in astronomischer Hinsicht ein ziemliches Rätsel.
Jetzt hat ein Team von kosmischen Detektiven, die ihre Arbeit „A Study in Scarlett“ (Eine Studie in Scarlett) genannt haben, nach dem Roman von Arthur Conan Doyle, der der Welt zum ersten Mal Sherlock Holmes vorstellte, vielleicht endlich den Fall geknackt.
Die stellaren Sherlocks aus aller Welt deuten darauf hin, dass ILRTs Sterne sind, die nicht einfach ausbrechen, wenn sie das Ende ihres Lebens erreichen, sondern „wirklich tödliche“ und zerstörerische Supernova-Explosionen erleben.
„Nach der Entdeckung von drei neuen ILRTs im Jahr 2019 haben wir die Gelegenheit ergriffen, diese Phänomene zu untersuchen und besser zu verstehen“, sagte der Teamleiter und Forscher des Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF), Giorgio Valerin, in einer Erklärung. „Wir haben daher jahrelang Daten mit Teleskopen auf der ganzen Welt und sogar mit mehreren Teleskopen in der Umlaufbahn gesammelt.“
„Wir haben auch die Beobachtungskampagne von NGC 300 OT wieder aufgenommen, dem nächstgelegenen ILRT, der jemals beobachtet wurde und ’nur‘ sechseinhalb Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist.“
Zu den verwendeten bodengestützten Instrumenten gehörten La Palma, La Silla, Las Campanas und Asiago, während auch Daten von weltraumgestützten Teleskopen gesammelt wurden, darunter das James Webb Space Telescope (JWST), das Neil Gehrels Swift Observatory (SWIFT) und das Spitzer-Weltraumteleskop.
ILRTs sind etwas verwirrend, weil ihre Helligkeit zwischen der von Novas, Sternexplosionen, die Sterne überleben, und „klassischen“ Supernovas liegt, bei denen ein massereicher Stern zerstört wird und einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch zurücklässt.
Das Team kam zu seinen Ergebnissen, indem es die Entwicklung von vier ILRTs beobachtete. Sie hofften, dadurch feststellen zu können, ob der Stern diese Explosionen überlebt oder völlig ausgelöscht wird.
Der Schlüssel zur Lösung dieses Rätsels war die Beobachtung von ILRTs wie NGC 300 OT über lange Zeiträume hinweg.
„Die ersten Bilder von NGC 300 OT stammen aus dem Jahr 2008, und in dieser Arbeit haben wir ihn erneut beobachtet, um seine Entwicklung nach mehr als zehn Jahren zu untersuchen“, sagte Valerin. „Die Analyse der Bilder und Spektren, die wir während dieser Beobachtungskampagnen gesammelt haben, hat es uns ermöglicht, die Entwicklung unserer Ziele im Laufe der Zeit zu verfolgen und Informationen wie Helligkeit, Temperatur, chemische Zusammensetzung und Gasgeschwindigkeiten in Verbindung mit jedem ILRT, den wir untersucht haben, zu erhalten.“
Eine Illustration zeigt einen Stern, der als „Intermediate Luminosity Red Transients“ oder „ILRT“ explodiert. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Die Spitzer-Beobachtungen von NGC 300 OT zeigten, dass dieser ILRT im Laufe von sieben Jahren auf ein Zehntel der Helligkeit des Vorläufersterns, der diese Eruption verursachte, abnahm. Die Spitzer-Bilder von NGC 300 OT endeten, als sie unter die Erfassungsschwelle dieses NASA-Weltraumteleskops fielen, das 2020 in den Ruhestand geht.
So wie Holmes sich bei der Untersuchung vieler Fälle einen Namen gemacht hat, hatte das Team einen weiteren Satz von ILRT-Daten zu prüfen.
Bei der Analyse von JWST-Beobachtungen des ILRT AT 2019abn in der nahegelegenen Galaxie Messier 51 (M51) stellten sie fest, dass die Helligkeit dieses transienten Sterns so abnimmt, dass er wahrscheinlich das gleiche Schicksal wie NGC 300 OT erleiden wird, indem er schwächer wird als sein Vorgängerstern.
Aus diesen Informationen schloss das Team, dass ILRTs Explosionen sind, bei denen ein Stern vollständig zerstört wird. Und das, obwohl ILRTs deutlich schwächer zu sein scheinen als „klassische“ Kernkollaps-Supernovas.
Die Frage ist, wie sie schwächer bleiben als ähnliche Supernova-Ereignisse?
Das Team der kosmischen Detektive vermutet, dass ein entscheidender Faktor für die Zusammensetzung von ILTRs eine dichte Hülle aus Gas und Staub sein könnte, die die Vorgängersterne umgibt.
Dieser Kokon wird innerhalb weniger Tage auf Temperaturen von bis zu 5.700 Grad Celsius (10.300 Grad Fahrenheit) erhitzt. Der Höhepunkt der Temperatur entspricht einem Höhepunkt der Helligkeit des ILRT.
Dabei beschleunigt das Gas in diesem Sternenmantel auf Geschwindigkeiten von bis zu 1,6 Millionen Meilen pro Stunde (700 Kilometer pro Sekunde), was etwa 1.000 Mal so schnell ist wie die Höchstgeschwindigkeit eines Lockheed Martin F-16 Kampfjets.
Eine Illustration zeigt einen Stern, der als „Intermediate Luminosity Red Transients“ oder „ILRT“ explodiert. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
„Diese Geschwindigkeit ist deutlich geringer als die einer explodierenden Supernova, die oft eine Geschwindigkeit von 10.000 Kilometern pro Sekunde erreicht“, sagt Leonardo Tartaglia, Mitglied des Teams und Forscher am INAF. „Wir glauben jedoch, dass der Stern wirklich explodiert ist und Material mit Tausenden von Kilometern pro Sekunde in alle Richtungen geschleudert hat, dass diese Explosion aber teilweise von der dichten Gas- und Staubdecke um den Stern herum erstickt wurde, die sich infolge des heftigen Einschlags erhitzt hat.“
Der Austritt von Material aus der Umgebung der stellaren Vorläufer von ILRTs kann also erklären, warum ihre Helligkeit über lange Zeiträume hinweg abnimmt.
Das Team bezeichnete dieses Phänomen als „Elektroneneinfang-Supernova“, eine Art von Sternexplosion, die schon seit langem theoretisiert wurde, von der man aber nicht glaubte, sie beobachtet zu haben.
Supernovae mit Elektroneneinfang sind für Astronomen von großem Interesse, denn sie scheinen eine Grenze zu markieren zwischen Sternen mit einer Masse von etwa 10 Sonnenmassen und mehr, die in Supernovae explodieren und schwarze Löcher und Neutronensterne hinterlassen, und Sternen mit einer Masse ähnlich der der Sonne, die nicht zur Nova werden, sondern als Überbleibsel eines weißen Zwergsterns vergehen.
„Wir sehen endlich die Ereignisse, die Sterne, die als klassische Supernovae explodieren werden, von Sternen trennen, die langsam als Weiße Zwerge vergehen werden“, sagte Valerin.
Vielleicht würde das Team den Worten von Holmes aus Das Zeichen der Vier zustimmen: „Wenn man das Unmögliche ausgeschlossen hat, muss das, was übrig bleibt, wie unwahrscheinlich es auch sein mag, die Wahrheit sein!“ Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in zwei Artikeln am 7. März in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
