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Gammablitze: Auf der Suche nach den Signalen kollidierender Neutronensterne

Prallen zwei Neutronensterne aufeinander, entsteht manchmal kurzzeitig ein einzelner, riesiger Neutronenstern. Hinweise auf derartige Ereignisse könnten periodisch oszillierende Gammablitze liefern.
Zwei kollidierende Neutronensterne
Aus zwei mach eins: Gravitationswellen können von der Verschmelzung zweier Neutronensterne zeugen. Oder periodisch oszillierende Gammablitze.

Wenn zwei Neutronensterne miteinander verschmelzen, entsteht kurzfristig ein hypermassereicher Neutronenstern. Nach maximal 300 Millisekunden kollabiert er allerdings schon wieder und wird zu einem Schwarzen Loch. Damit ist es wohl so gut wie ausgeschlossen, einen solchen Exoten überhaupt jemals direkt beobachten zu können. Ein Forschungsteam um Cecilia Chirenti von der University of Maryland beschreibt nun im Fachjournal »Nature«, dass es in Archivdaten eines ehemaligen NASA-Weltraumteleskops Hinweise auf zwei derartige Ereignisse gefunden hat.

Kollisionen massereicher Objekte aller Art sind üblicherweise ein Fall für Gravitationswellendetektoren. Seit im Jahr 2016 erstmals das Gravitationswellensignal zweier verschmelzender Schwarzer Löcher der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, konnte der Gravitationswellendetektor LIGO, kurz für Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium, Dutzende solcher Signale messen. Noch mehr freuten sich Forschende auf der ganzen Welt allerdings über das Signal GW170817 aus dem Jahr 2017. Denn zeitgleich mit dem Gravitationswellensignal empfing der Fermi-Satellit elektromagnetische Signale eines Gammablitzes. Und in den folgenden Tagen konnten zahlreiche weitere Observatorien das Nachglühen beobachten.

Das Besondere: Bei GW170817 verschmolzen zwei Neutronensterne miteinander. Damit war es nicht nur das erste Mal, dass Astronominnen und Astronomen sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Strahlung desselben astronomischen Ereignisses messen konnten. Es verriet ihnen auch, dass bei einer Verschmelzung zweier Neutronensterne tatsächlich kurze Gammablitze entstehen können – eine lange gehegte Vermutung. Seitdem hat sich der Glücksfall von GW170817 nicht mehr wiederholt, zu den derzeitigen Gravitationswellensignalen fehlt das elektromagnetische Gegenstück. Deshalb wissen Forschende oft nicht, was eigentlich genau miteinander verschmolzen ist.

Ein hypermassereicher Neutronenstern kann Spuren im Gammablitz hinterlassen

Feine Unterschiede in der Wellenform des Gravitationswellensignals könnten die gewünschte Information liefern. Diese Unterschiede sind allerdings zu klein für die derzeitigen Gravitationswellendetektoren. Eine kürzlich erschienene Studie zeigte: Erst in rund zehn Jahren könnte die dritte Generation an irdischen Detektoren diese winzigen Modulationen aufspüren.

Das Team um Cecilia Chirenti hat nun möglicherweise eine Abkürzung gefunden. Denn, so vermuten die Forscher, wenn die Entstehung eines hypermassereichen Neutronensterns seine Spuren im Gravitationswellensignal hinterlässt, dann gilt das vielleicht auch für den kurzen Gammablitz, der dabei ausgesendet wird. Die Forschenden begaben sich daher in den Archivdaten von verschiedenen Gammastrahlenteleskopen auf die Suche und wurden bei BATSE fündig: einem Experiment, das auf dem im Jahr 2000 zum Absturz gebrachten Compton Gamma Ray Observatory der NASA betrieben wurde. Die beiden Signale namens GRB 910711 und GRB 931101B weisen eine quasiperiodische Schwankung im Kilohertzbereich auf. Ein hypermassereicher Neutronenstern könnte dem Gammablitzsignal derartige Schwankungen aufgeprägt haben, denn ein Neutronenstern ist ein sehr instabiles Objekt, das sofort unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert, weil es – ähnlich wie unsere Sonne – in unterschiedlichen Regionen unterschiedlich schnell rotiert.

Die beiden Signale sehen im Großen und Ganzen so aus, wie es numerische Simulationen solcher Ereignisse vorhersagen. Weitere derartige Signale könnten somit noch mehr Einblicke in kollidierende Neutronensterne bieten – ganz ohne die dazugehörigen Gravitationswellen.

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