Ein Starburst mit der Aussicht auf Gravitationswellen (Update)

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Anonim

Im Jahr 1887 entdeckte der amerikanische Astronom Lewis Swift eine glühende Wolke oder einen Nebel, der sich als eine kleine Galaxie mit etwa 2, 2 Millionen Lichtjahren von der Erde entpuppte. Heute ist es als "Starburst" Galaxie IC 10 bekannt, was auf die dort auftretende intensive Sternentstehungsaktivität hinweist.

Mehr als hundert Jahre nach Swifts Entdeckung studieren Astronomen IC 10 mit den leistungsstärksten Teleskopen des 21. Jahrhunderts. Neue Beobachtungen mit dem Chandra Röntgen-Observatorium der NASA enthüllen viele Sternpaare, die eines Tages zu den vielleicht aufregendsten kosmischen Phänomenen der letzten Jahre werden könnten: Gravitationswellen.

Durch die Analyse von Chandra-Beobachtungen von IC 10 über ein Jahrzehnt hinweg fanden Astronomen über ein Dutzend schwarzer Löcher und Neutronensterne, die das Gas von jungen, massiven stellaren Begleitern abgaben. Solche Doppelsternsysteme sind als "Röntgenbinärgeräte" bekannt, da sie große Mengen Röntgenlicht emittieren. Wenn ein massiver Stern um seinen kompakten Begleiter, entweder ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern, kreist, kann Material vom Riesenstern weggezogen werden, um eine Materialscheibe um das kompakte Objekt zu bilden. Reibungskräfte erwärmen das einfallende Material auf Millionen Grad und erzeugen eine helle Röntgenquelle.

Wenn der massive Begleitstern Treibstoff verbraucht, wird er einen katastrophalen Kollaps erleiden, der eine Supernova-Explosion hervorruft und ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern zurücklässt. Das Endergebnis sind zwei kompakte Objekte: entweder ein Paar schwarze Löcher, ein Paar Neutronensterne oder ein schwarzes Loch und ein Neutronenstern. Wenn die Trennung zwischen den kompakten Objekten mit der Zeit klein genug wird, werden sie Gravitationswellen erzeugen. Mit der Zeit schrumpft die Größe ihrer Umlaufbahn, bis sie zusammenkommen. LIGO hat drei Beispiele für das Zusammenfließen von Schwarzen Löchern in den letzten zwei Jahren gefunden.

Starburst-Galaxien wie IC 10 sind hervorragende Orte, um nach Röntgen-Binärdateien zu suchen, da sie Sterne schnell ausbrechen lassen. Viele dieser neu geborenen Sterne werden Paare junger und massereicher Sterne sein. Das Massiv des Paares wird sich schneller entwickeln und ein schwarzes Loch oder einen Neutronenstern hinterlassen, der mit dem verbleibenden massiven Stern zusammenarbeitet. Wenn die Trennung der Sterne klein genug ist, wird ein Röntgen-Binärsystem erzeugt.

Dieses neue zusammengesetzte Bild von IC 10 kombiniert Röntgendaten von Chandra (blau) mit einem optischen Bild (rot, grün, blau) des Amateurastronomen Bill Snyder vom Heavens Mirror Observatory in Sierra Nevada, Kalifornien. Die von Chandra erkannten Röntgenquellen erscheinen als dunkleres Blau als die im optischen Licht detektierten Sterne.

Die jungen Sterne in IC 10 scheinen genau das richtige Alter zu sein, um ein Maximum an Interaktion zwischen den massereichen Sternen und ihren kompakten Begleitern zu ermöglichen und die meisten Röntgenquellen zu produzieren. Wären die Systeme jünger, hätten die massereichen Sterne keine Zeit gehabt, Supernova zu fliegen und einen Neutronenstern oder ein schwarzes Loch zu erzeugen, oder die Umlaufbahn des massereichen Sterns und des kompakten Objekts hätte keine Zeit gehabt, genug zu schrumpfen, um den Stoff zu transportieren Start. Wäre das Sternensystem viel älter, hätten sich wahrscheinlich beide kompakten Objekte bereits gebildet. In diesem Fall ist eine Übertragung von Materie zwischen den kompakten Objekten unwahrscheinlich, was die Bildung einer Röntgenstrahlen emittierenden Platte verhindert.

Chandra entdeckte 110 Röntgenquellen in IC 10. Davon sind über 40 auch im optischen Licht zu sehen und 16 von diesen enthalten "blaue Überriesen", die die Art von jungen, massiven, heißen Sternen sind, die früher beschrieben wurden. Die meisten anderen Quellen sind Röntgen-Binärdateien mit weniger massereichen Sternen. Einige der Objekte weisen eine starke Variabilität ihrer Röntgenstrahlung auf, was auf heftige Wechselwirkungen zwischen den kompakten Sternen und ihren Begleitern hindeutet.

Ein paar Artikel, die diese Ergebnisse beschreiben, wurden in der Ausgabe vom 10. Februar 2017 von The Astrophysical Journal veröffentlicht und sind online hier und hier verfügbar. Die Autoren der Studie sind Silas Laycock vom UMass Lowell Center for Space Science and Technology (UML); Rigel Capallo, Student an der UML; Dimitris Christodoulou von UML; Benjamin Williams von der Universität von Washington in Seattle; Breanna Binder von der California State Polytechnic Universität in Pomona; und, Andrea Prestwich vom Harvard-Smithsonian Zentrum für Astrophysik in Cambridge, Mass.

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