Dank Amateurastronomen, neuer Technologie und einer schnellen Reaktion professioneller Beobachter haben Forscher zum ersten Mal eine kosmische Explosion miterlebt, die Teilchen nahe an die kosmische Geschwindigkeitsgrenze geschleudert hat.
Im eine neue Studie, die am Donnerstag veröffentlicht wurde im Tagebuch Wissenschaft, ein internationales Forscherteam, das das High Energy Stereoscopy System oder Hess verwendet, beschreiben ihre Beobachtungen einer massiven Explosion auf der Oberfläche eines weißen Zwergsterns namens Nova. Sie fanden heraus, dass die resultierende Schockwelle Gammastrahlen bis zu ihrer theoretischen Geschwindigkeitsgrenze in den Modellen der Astrophysiker beschleunigte, sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit.
Laut dem Studienautor und Doktoranden am Deutschen Elektronen-Synchrotron, Ruslan Konno, ist dies ein Befund, der darauf hindeutet, dass die physikalischen Bedingungen um Novae theoretischen Idealen nahe kommen können, was seiner Meinung nach enorme Auswirkungen auf die Astrophysik hat.
„Es deutet darauf hin, dass der Beschleunigungsprozess bei ihren viel extremeren Verwandten, den Supernovae, genauso effizient sein könnte“, sagte er in einer Erklärung.
Es ist auch möglich, dass Novae eine Quelle kosmischer Strahlung sein könnten, dem ständigen Schauer hochenergetischer Teilchen, die Astronomen beobachten, wie sie aus allen Himmelsrichtungen auf die Erde strömen. Der genaue Ursprung dieser Strahlen ist Gegenstand aktiver Forschung.
Während eine Supernova beim Tod eines Riesensterns stattfindet, ist eine Nova eine kleinere Explosion auf der Oberfläche eines viel kleineren Sterns, eines Weißen Zwergs. Und im Gegensatz zu einer Supernova können Novae ohne die Zerstörung des Sterns stattfinden und sich sogar in regelmäßigen Abständen wiederholen.
Novae treten auf, wenn ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem Material von einem größeren Begleitstern stiehlt, normalerweise einem Roten Zwerg. Wenn sich genügend gestohlenes Sternenmaterial auf der Oberfläche des Weißen Zwergs ansammelt, löst dies eine außer Kontrolle geratene Fusionsreaktion aus – eine thermonukleare Explosion, die innerhalb von Sekunden das 10.000- bis 100.000-fache der Energie freisetzt, die die Sonne der Erde in einem Jahr erzeugt.
Die gewaltige Nova-Explosion erzeugt konzentrische, sanduhrförmige Stoßwellen, die in den Weltraum drängen und jegliches ausgestoßene Sternmaterial vor ihnen komprimieren. Dieses komprimierte Material wird energetisiert, setzt Partikel frei und beschleunigt sie – die Gammastrahlen, nach denen Astronomen mit Instrumenten wie Hess suchen.
Herr Konno war einer von mehr als 230 Forschern aus 41 verschiedenen Forschungsorganisationen, die Hess nutzten, um die Nova RS Ophiuchi zu untersuchen, als sie im August 2021 explodierte. RS Ophiuchi ist eine wiederkehrende Nova, die etwa 5.000 Lichtjahre entfernt ist und 2006 und 1985 vor ihr explodierte neustes Feuerwerk.
Es waren Amateurastronomen, die das Hess-Team zuerst darauf aufmerksam machten, dass RS Ophiuchi wieder einmal abgeflogen war, und die schnelle Reaktion des Hess-Teams – und eine spezielle neue Kamera, die an einem Hess-Teleskop in Namibia angebracht war – ermöglichte es den Forschern, das Aufblühen der Nova zu beobachten Echtzeit. Sie maßen mehr als einen Monat lang die Gammastrahlen der Explosion und stellten fest, dass sie hundertmal energiereicher waren als alle, die in früheren Novae beobachtet wurden.
Die Hess-Einrichtung verwendet fünf für Gammastrahlen empfindliche Teleskope, die Teil des bevorstehenden Cherenkov Telescope Array sind, einem globalen Netzwerk von Teleskopen, das zur Untersuchung von Gammastrahlenphänomenen am Himmel entwickelt wurde. Ein Hauptziel für das Hess- und das Cherenkov-Array wird es sein, andere Novae zu untersuchen, um zu sehen, ob auch sie die starken Teilchenbeschleunigungseigenschaften von RS Ophiuchi aufweisen.
„In den nächsten Jahren wird die Forschung mit dem [Cherenkov Telescope Array] Teleskope werden zeigen, ob diese Art von Nova etwas Besonderes ist“, sagte Hess-Direktor Stefan Wagner in einer Erklärung. „Diese Messung ist ein weiterer Erfolg in der Gammastrahlenastronomie und ein ermutigendes Zeichen dafür, dass wir mit HESS und Gammastrahlenteleskopen der Zukunft noch viele weitere kosmische Explosionen untersuchen können.“