Eine Supernova-Explosion ist eine katastrophale Explosion, die das gewaltsame Ende des Lebens eines massereichen Sterns markiert. Während des Ereignisses setzt der Stern enorme Mengen an Energie frei und überstrahlt oft für einen sehr kurzen Zeitraum das kombinierte Licht aller Sterne in der Wirtsgalaxie. Die Explosion erzeugt schwere Elemente und verteilt sie unter den Sternen, um zur Bildung neuer Sterne und Planeten beizutragen.
Die nächste Supernova der letzten Jahre ereignete sich 1987 in der Großen Magellanschen Wolke (SN1987A) und nun hat ein Team von Astronomen Berge von Daten durchsucht, um herauszufinden, ob sie Gravitationswellen aus dem Überrest entdecken können.
Während des größten Teils des Lebens eines Sterns herrscht Stabilität. Wenn ein Stern weiter altert, verschmilzt er Elemente im Kern und es kommt zu einem nach außen gerichteten Druck, der als thermonukleare Kraft bekannt ist. Dies wird durch die nach innen gerichtete Anziehungskraft der Schwerkraft ausgeglichen, die versucht, den Stern kollabieren zu lassen, und während des größten Teils seines Lebens gleichen sich diese beiden Kräfte aus.
Wenn Sterne wie die Sonne sterben, überwältigt die thermonukleare Kraft die Schwerkraft und die äußeren Schichten verschwinden sanft im Weltraum durch die Phasen des Roten Riesen und des Planetarischen Nebels. Bei massereicheren Sternen mit etwa der achtfachen Sonnenmasse oder mehr überwiegt die Schwerkraft die thermonukleare Kraft, die vorübergehend aufhört, wenn der Stern stirbt und implodiert. Es ist dieser Prozess, der als Supernova bekannt ist. Das Endergebnis hängt vom Vorläuferstern ab, kann aber entweder ein Neutronenstern, ein Pulsar oder sogar ein Schwarzes Loch sein.
Im Jahr 1987 explodierte ein Stern in der Großen Magellanschen Wolke und obwohl er noch 168.000 Lichtjahre von der Erde entfernt war, bot er Astronomen eine großartige Gelegenheit, eine Supernova aus der Nähe zu untersuchen, näher als je zuvor. Im Herzen des langsam expandierenden Supernova-Überrests befindet sich ein Neutronenstern (NS1987A – der Nachweis von Neutrinos bestätigte dies), die Überreste des Kerns des Vorläufersterns. Als der Kern zusammenbrach, verschmolzen alle Protonen und Elektronen zu einem massiven, gigantischen, sogar kolossalen …. Neutron mit einem Durchmesser von etwa 20 km.
Neutronensterne sind nicht perfekt, ihre Oberflächen weisen wahrscheinlich Unvollkommenheiten auf, und wenn sie rotieren, verursachen die Klumpen und Beulen – so winzig sie auch sein mögen – wahrscheinlich Gravitationswellen. Wie der Name schon sagt, sind Gravitationswellen Wellen, genau wie Wellen auf dem Ozean, aber statt sich durch Wasser auszubreiten, breiten sie sich durch Raum und Zeit aus. Die ersten Wellen wurden 2015 mit dem Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (auch bekannt unter dem eingängigen Namen LIGO) entdeckt.
Tsvi Piran und Takashi Nakamura schlugen bereits 1988 vor, dass es möglich sein könnte, Gravitationswellen von Neutronensternen nachzuweisen, doch erst mit der Inbetriebnahme von Gravitationswellenobservatorien wie LIGO wurde die Möglichkeit, dies zu beweisen, Wirklichkeit. Im Jahr 2022 wurde ein erfolgloser Versuch unternommen, Schwerewellen von NS1987A mithilfe des Advanced LIGO-Systems und eines anderen Gravitationswellenobservatoriums namens VIRGO nachzuweisen. Die Suche umfasste Frequenzen von 75 bis 275 Hz.
In einem Papier gerade gepostet arXiv Auf dem Preprint-Server von Benjamin J. Owen, Lee Lindblom, Luciano Soares Pinheiro und Binod Rajbhandari wird ein weiterer Versuch beschrieben, bei dem Daten aus dem Advanced LIGO und ein weiterer Datensatz von VIRGO verwendet werden. Bei diesem Versuch wurde ein erweiterter Code verwendet, der das Frequenzband von 35 auf 1050 Hz erweiterte. Leider war die Suche erneut erfolglos, aber das Team gibt nicht auf.
Weitere Suchvorgänge sind mit Daten von Advanced LIGO und einem weiteren Beobachtungslauf von VIRGO und sogar dem Cosmic Explorer-Observatorium geplant, wenn es endlich in Betrieb genommen wird und hoffentlich in den kommenden Jahren endlich Gravitationswellen von Neutronensternen aufdecken wird.
Mehr Informationen:
Benjamin J. Owen et al., Improved Upper Limits on Gravitational Wave Emission from NS 1987A in SNR 1987A, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2310.19964