NASA-Fermi-Teleskop: Supernova zeigt bisher unvorhergesehene Aktivität

Die NASA-Fermi-Mission gehört zu einer Flotte, die Veränderungen im gesamten Kosmos überwachen und Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie sich das Universum entwickelt.

Seit fast 20 Jahren suchen Astronomen in den Daten des Fermi-Weltraumteleskops nach Gammastrahlungssignalen wurden einige interessante Hinweise gemeldet, doch bis jetzt gab es keine eindeutigen Belege – bis heute.

Fabio Acero, leitender Autor der Studie am französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) und der Universität Paris-Saclay. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Technik, Energie und Einsatz

Wie massive Sterne ihr Leben beenden: Kernkollaps-Supernovae entstehen, wenn ein massereicher Stern, der viele Male größer ist als die Sonne, den Brennstoff zur Aufrechterhaltung seiner Struktur verbraucht hat. Fehlt diese Energiequelle, kollabiert der Sternkern unter seiner eigenen Schwerkraft und löst eine gewaltige Explosion aus.

Der Kollaps kann entweder einen Neutronenstern hinterlassen, der etwa so groß ist wie eine Stadt, oder noch kompaktere Schwarze Löcher. Gleichzeitig schleudert eine starke Stoßwelle die äußeren Schichten des Sterns ins All und bildet eine sich schnell ausdehnende Wolke aus heißem, ionisiertem Gas.

In den letzten zwei Jahrzehnten haben Astronomen nahezu 400 ungewöhnlich helle Beispiele solcher Explosionen identifiziert. Als superluminöse Supernovae bezeichnet, können sie im sichtbaren Licht mehr als das Zehnfache Helligkeit aufweisen, das typische Supernovae erreichen.

Was die Studie zeigt

Jahr 2024 schlug eine Anhui-Universität Hefei, China, geleitete Studie vor, dass Fermis Large Area Telescope Gammastrahlung ßergewöhnlichen Explosionen Jahre nach ihrem Auftreten detektiert haben könnte. Dieses Ereignis, SN 2017egm genannt, ereignete sich in der Galaxie NGC 3191, etwa 440 Millionen Lichtjahre Sternbild Großer Bär.

Trotz seiner großen Entfernung zählt es zu den nächstgelegenen jemals beobachteten superluminösen Supernovae.

Eine seltene Gammastrahlendetektion „Wir suchten nach Gammastrahlung nächstgelegenen superluminösen Supernovae, die während der ersten 16 Jahre der Mission ", sagte Guillem Martí-Devesa, ein Forscher, der zuvor an der Universität Triest Italien tätig war und nun Fellow Institut für Weltraumwissenschaften Barcelona, Spanien, ist.

Nur SN 2017egm liefert Hinweise auf

Nur SN 2017egm liefert Hinweise auf Gammastrahlung und bestätigt frühere Andeutungen, dass einige Supernovae Gammastrahlung ebenso leuchten können wie im sichtbaren Licht. Damit öffnet sich ein neues Fenster zur Erforschung dieser faszinierenden Ereignisse.

Seit langem diskutieren Wissenschaftler darüber, was die enorme Energie hinter superluminösen Supernovae liefert. Eine führende Erklärung geht aus, einem Neutronenstern mit den stärksten Magnetfeldern, die in der Natur bekannt sind.

Diese Magnetfelder können bis zu 1.000-mal stärker sein als die öhnlichen Neutronensternen und erreichen etwa 10 Billionen Mal die Stärke eines Kühlschrankmagneten.

Technik und Auswirkungen

Um dies zu untersuchen, führten Forscher eine detaillierte Analyse sowohl der optischen als auch der Gammastrahlungsbeobachtungen 2017egm durch und verglichen die Daten mit mehreren theoretischen Modellen, die das Verhalten der Explosion erklären sollen.

Ein ät Tartu Estland und Brian Metzger New York City entwickeltes Modell simuliert, wie Teilchen und Strahlung aus einem neu geborenen Magnetar mit dem aus der Supernova ausgestoßenen expandierenden Material interagieren. Wie ein Magnetar eine Supernova superaufladen kann.

Wissenschaftler erwarten, dass neu geborene Magnetar extrem schnell rotieren und Hunderte. Diese schnelle Rotation erzeugt einen starken Fluss, die die antimateriellen Gegenstücke der Elektronen sind. Diese Teilchen bilden eine riesige Region, die als Magnetar-Wind-Nebula bekannt ist und mit hochenergetischen Teilchen gefüllt ist.

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In dieser Umgebung können zahlreiche Wechselwirkungen zur Erzeugung und Absorption führen. Zum Beispiel können sich ein Elektron und ein Positron gegenseitig vernichten und dabei Gammastrahlungs-Photonen erzeugen. Gammastrahlung kann sich ebenfalls kollidieren und neue Teilchenpaare erzeugen.

Während diese Wechselwirkungen weiterlaufen, werden die Gammastrahlen im expandierenden Supernova-Trümmerfeld eingefangen. Anstatt sofort zu entkommen, wird ein Großteil ihrer Energie in niederenergetisches sichtbares Licht umgewandelt.

Dieser Prozess hilft zu erklären, warum superluminöse Supernovae so intensiv leuchten. „Etwa drei Monate nach dem Kollaps beginnen die Gammastrahlen, als sich die Supernova-Trümmer ausdehnen und abkühlen, auszuweichen", sagte Acero. „Dieses Magnetar-Modell reproduziert die Leuchtkraft der Supernova sowie die Ankunftszeit ihrer Gammastrahlen während der ersten Monate am besten, doch wir sehen Spielraum für Verbesserungen zu späteren Zeiten, wenn das sichtbare Licht recht unregelmäßig nachlässt." Weitere Kräfte könnten eine Rolle spielen Die Forscher glauben, dass weitere Prozesse wahrscheinlich zum Verhalten der Supernova während ihres allmählichen Ausbleichens beigetragen haben.

Technik, Energie und Einsatz

Mögliche Faktoren umfassen Material, das wieder auf den Magnetar zurückfällt, sowie Wechselwirkungen zwischen der sich ausdehnenden Stoßwelle und Materie, die der Stern während der Jahrhunderte vor seinem endgültigen Kollaps ausgestoßen hat. Das Team untersuchte zudem, ob zukünftige Einrichtungen ähnliche Ereignisse detektieren könnten.

Ihre Analyse deutet darauf hin, dass das neue bodengestützte Cerenkov-Teleskop-Array-Observatorium (CTAO) eine Supernova wie SN 2017egm aus einer Entfernung 500 Millionen Lichtjahren mit rund Beobachtungszeit identifizieren könnte.

Wissenschaftler erwarten, dass die Kombination dem Cerenkov-Teleskop-Array-Observatorium mit Daten ützten Teleskopen der NASA das Verständnis dieser außergewöhnlichen Explosionen erheblich verbessern wird. „Der im vorliegenden Artikel diskutierte Mechanismus des Magnetar-Zentralmotors baut auf zahlreichen beobachtungsbasierten und theoretischen Fortschritten bei Magnetaren der letzten 20 Jahre auf", sagte Judy Racusin, stellvertretende Projektwissenschaftlerin der Fermi-Mission Goddard Space Flight Center der NASA Greenbelt, Maryland. „Die Beobachtung uns einen neuen Weg eröffnen, um ihre inneren Abläufe zu erforschen." Referenz: „Gamma-ray signature of superluminous supernovae: Fermi-LAT GeV detection of SN 2017egm and evidence of a central engine", A.

Warum das relevant ist

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Technik und Auswirkungen

V., Moskalenko, M., Negro, N., Omodei, M., Orienti, E., Orlando, G., Panzarini, M., Persic, M., Pesce-Rollins, R., Pillera, T. A., Porter, G., Principe, S., Rainò, R., Rando, B., Rani, M., Razzano, A., Reimer, O., Reimer, M., Sánchez-Conde, P. M., Saz Parkinson, D., Serini, C., Sgrò, E. J., Siskind, G., Spandre, P., Spinelli, D. J., Suson, H., Tajima, D.

J., Thompson, D. F., Torres, Z., Wadiasingh, K., Wood, G., Zaharijas, W., Zhang, E., Chatzopoulos, B. D., Metzger, P. J., Pessi und Vurm, 20. Mai 2026, Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202558547