Artist’s conception of shredded stellar material from a tidal disruption event.(Image credit: C. Carreau/ESA)
Die Einstein-Sonde, die am 9. Januar 2024 von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gestartet wurde, hat während ihrer Inbetriebnahmephase mehrere neue Ereignisse entdeckt. Im Oktober letzten Jahres erklärte Yuan Weimin, der Leiter der Raumsonde, gegenüber dem chinesischen Zentralfernsehen, dass das Röntgenobservatorium bereits rund 60 sehr starke transiente Himmelsobjekte, fast tausend potenzielle Transienten und fast 500 stellare Flares sowie einen Gammastrahlenausbruch aus dem frühen Universum entdeckt habe.
Eine dieser Entdeckungen war EP240408a, eine ungewöhnliche Explosion, die Diskussionen unter Astronomen auslöste. Zhang und seine Kollegen nutzten sofort das zweite Instrument der Raumsonde, das Follow-up-Röntgenteleskop, um die neue Quelle 1,8 Tage nach ihrer ersten Entdeckung durch ihr Pendant, das Wide-field X-ray Telescope, zu beobachten.
Die beiden Forscherteams traten sofort in Aktion und baten um Zeit für irdische und weltraumgestützte Instrumente in einer Vielzahl von Wellenlängen. Gemeinsam richteten die beiden Forschergruppen neben der Einstein-Sonde fast 20 verschiedene Teleskope auf den neuen Vorfall, die optische, Radio-, Gammastrahlen-, ultraviolette und Nahinfrarot-Wellenlängen abdecken.
Die meisten dieser Instrumente haben nichts gesehen. Und das ist ungewöhnlich.
Bekannte Röntgenstrahler sind in der Regel Mehrwellenlängenstrahler, die Signale in mehr als einem Bereich aussenden. Zhang und seine Kollegen sahen EP240408a nur im Röntgenbereich leuchten, während O’Connor ein mögliches optisches Gegenstück identifizierte: eine kleine, schwache Galaxie, in der das Signal entstanden sein könnte.
Das ist nicht der einzige Grund, warum EP240408a nicht zu den bestehenden Transientenmodellen passt. Die neue Explosion leuchtete zwischen sieben und 23 Tagen lang im Röntgenlicht, eine Schätzung, die auf dem Zeitpunkt basiert, zu dem EP in ihre Richtung gerichtet wurde. Schnelle Röntgenausbrüche, intensive kurze Explosionen, die aus gewalttätigen Prozessen resultieren, leuchten im Bereich von wenigen Sekunden bis zu Hunderten von Sekunden auf, bevor sie verschwinden. Längere Transienten, die mit galaktischen Kernen in Verbindung gebracht werden, dauern zwischen Monaten und Jahren. EP240408a zeichnet sich durch einen ungewöhnlichen mittleren Bereich aus.
Außerdem feuerte das neue Ziel einen 12-sekündigen Flare ab, der 300-mal heller war als die zugrundeliegende Röntgenemission, bevor er auf die unteren Ebenen abfiel.
NASA’s Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) war eines der wenigen Instrumente, die einen Blick auf den neuesten Hit von EP werfen konnten.
„Als wir feststellten, dass EP240408a ein interessanter neuer Transient ist, haben wir NICER-Punkte angefordert“, erklärte Francesco Zelati, Forscher am Institut für Weltraumwissenschaften und Teil der Zhang-Gruppe, gegenüber kosmischeweiten.de per E-Mail. Zelati und seine Kollegen nutzten das auf der Internationalen Raumstation stationierte Röntgenobservatorium, um die Röntgeneigenschaften des neuen Ereignisses besser zu charakterisieren und etwaige schnelle Veränderungen in seiner Emission zu erfassen.
NICER war eines der wenigen Instrumente, die das kurze Ereignis aufspüren konnten, und zwar sowohl wegen seiner großen Sammelfläche als auch wegen seiner flexiblen Zeitplanung. „Vielen anderen Observatorien fehlt es entweder an einer schnellen Zeitplanung oder an der Empfindlichkeit in den relevanten Energiebereichen“, so Zelati. Die schnelle Reaktion des NICER ermöglichte es ihm, Daten zu erhalten, die für die Verfolgung der Entwicklung der Transiente entscheidend waren“, so Zelati.
Beide Teams stützten sich auch auf die Entdeckung durch das Neil Gehrels Swift Observatory (Swift) der NASA im Röntgenbereich. Neben der Messung des Signals half die Raumsonde laut Zhang auch bei der Eingrenzung des Standorts der Quelle. O’Connor nutzte die Swift-Messung von Wasserstoff, dem Urgas, das das Baumaterial für alles im Universum ist, um festzustellen, dass die Explosion von außerhalb der Milchstraße kam. Aus ihren Ergebnissen schlossen sie, dass der Wasserstoff die Röntgenphotonen in der weit entfernten Wirtsgalaxie absorbiert.
Beide Teams richteten eine Reihe optischer Teleskope auf die Eruption. Mit dem Gemini-South-Observatorium in Chile identifizierte O’Connor eine schwache Galaxie, in der das Ereignis stattfinden könnte.
Ein seltenes Ereignis oder ein brandneues Ereignis?
Die beiden unabhängigen Astronomenteams verglichen ihre Messungen und kamen zu leicht unterschiedlichen Schlussfolgerungen.
O’Connor und seine Kollegen vermuten, dass es sich bei der entfernten Explosion um ein Ereignis handelt, das als Gezeitenstörung (TDE) bekannt ist. Ein TDE-Ereignis tritt ein, wenn ein Stern gefährlich nahe an einem Schwarzen Loch vorbeizieht und von dessen Gravitationskräften zerfetzt wird. Seit der ersten Entdeckung im Jahr 1995 wurden nur etwa hundert TDEs entdeckt.
In extrem seltenen Fällen schleudern die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs Material in einem Hochgeschwindigkeitsjet nach außen, der mit nahem Material wechselwirkt und sowohl im Röntgen- als auch im Radiowellenbereich hell leuchtet. Bisher gibt es nur vier TDEs, von denen man annimmt, dass sie relativistische Jets haben – und das Röntgensignal ist diesen vier sehr ähnlich.
Beobachtungen im Radiobereich mit mehreren Teleskopen sind jedoch ergebnislos geblieben. Für Zhang bedeutet das, dass TDEs mit Jets nicht in Frage kommen. „Es ist schwer, EP240408a mit einem Jet [TDE] zu erklären, da die Quelle keine niederfrequente Strahlung – Radio- oder Nahinfrarotstrahlung – abgibt“, sagte er.
Sein Mitautor, Zelati, schließt die Ergebnisse nicht so schnell aus. Es ist möglich, dass Radio- oder langwelligere Emissionen später auftreten, wenn sich der Jet in das umgebende Medium ausdehnt. „Diese radiohelle Phase könnte Wochen bis viele Monate nach dem ersten Ereignis auftreten“, sagte er.
O’Connor und seine Kollegen hatten denselben Gedanken. Sie vermuten, dass der Jet einige Zeit braucht, um sich abzubremsen, wodurch sich die Schockwelle, die die Radioemissionen auslösen würde, verzögert. „Eine solche verzögerte späte Radioemission wurde in der Vergangenheit bei vielen TDEs über eine Reihe von Zeitskalen beobachtet“, sagte er. „Sie scheint eine fast allgegenwärtige Eigenschaft zu sein.“
Es ist die Zeitskala, die zu erklären eine Herausforderung ist, sagte er. Während EP240408a ein ähnliches Erscheinungsbild wie andere relativistische TDEs mit Strahlen hat, zerfällt das Röntgensignal schneller.
„Eine so kurze Zeitskala kann möglich sein, wenn das Schwarze Loch recht klein und der Stern recht dicht ist“, sagt O’Connor. „Wir haben ein Schwarzes Loch mittlerer Masse favorisiert, das einen Weißen Zwerg zerbricht.“
Zhang und Kollegen vermuten, dass es sich bei dem ungewöhnlichen Signal stattdessen um eine völlig neue Klasse von Objekten handeln könnte.
„Wir vermuten, dass EP240408a eine neue Art von Transienten mit mittleren Zeitskalen in der Größenordnung von etwa 10 Tagen darstellt, die bei früheren Durchmusterungen im Zeitbereich möglicherweise übersehen wurden“, schreiben sie in ihrer Arbeit.
Das könnte daran liegen, dass Röntgentransienten mittlerer Länge in Durchmusterungen, die sich entweder auf sehr lang gestreckte Objekte oder extrem kurze Bursts konzentrieren, unbemerkt bleiben könnten, so Zelati.
O’Connor und seine Mitautoren schließen eine völlig neue Klasse von Objekten nicht aus. Sie weisen in ihrer Untersuchung darauf hin, dass die beobachteten Eigenschaften von EP240408a „nicht direkt mit irgendeiner bekannten Klasse von transienten Objekten übereinstimmen“, und räumen ein, dass eine jetted TDE die Beobachtungen nicht perfekt erklären kann. „Die Alternative ist, dass EP240408a eine neue, bisher unbekannte Klasse von Transienten darstellen könnte“, schreiben sie.
„Die Entdeckung einer neuen Klasse von intermediären Röntgentransienten wie EP240408a würde unser Verständnis für die vielfältigen und dynamischen Prozesse im Universum erheblich verbessern“, so Zelati. Eine solche Entdeckung würde Lücken in der Klassifizierung von Röntgenphänomenen schließen und möglicherweise zur Entwicklung neuer Theorien und Beobachtungsstudien führen, um mehr solcher Phänomene zu finden. „Letztendlich würde sie unser Verständnis von hochenergetischen astrophysikalischen Ereignissen erweitern“, sagte er.
Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Einstein-Sonde im Laufe ihrer Mission ähnliche Ereignisse entdecken wird, sofern dies nicht bereits geschehen ist.
„Zukünftige Entdeckungen ähnlicher Ereignisse durch EP werden uns helfen, dies als Gemeinschaft herauszufinden“, schrieb O’Connor. „Ich freue mich auf jeden Fall auf die seltsamen Transienten, die EP in Zukunft entdecken wird!“
