Gold aus kosmischer Katastrophe: Zwei Neutronensterne verschmelzen

Ein kurzer, extrem energiereicher Gammastrahlenblitz hat Astronominnen und Astronomen auf eine ungewöhnliche Spur geführt. Das Ereignis mit der Bezeichnung GRB 230906A stammt offenbar aus einem Trümmerfeld kollidierender Galaxien. Dort könnten zwei Neutronensterne miteinander verschmolzen sein. Solche Kollisionen gelten als eine der wichtigsten Quellen für schwere Elemente im Universum – darunter Gold und Platin.

Das Signal registrierte der NASA-Satellit Fermi bereits im September 2023. Erst eine detaillierte Analyse mehrerer Teleskope brachte jedoch ans Licht, wo der Ausbruch stattfand und was ihn ausgelöst haben könnte.

Extrem kurze Explosion mit enormer Energie

Gammastrahlenblitze gehören zu den energiereichsten Ereignissen im Universum. Manche dauern mehrere Sekunden oder Minuten. Andere sind extrem kurz und dauern nur wenige Millisekunden. Genau zu dieser Kategorie gehört GRB 230906A.

Solche kurzen Ausbrüche entstehen meist, wenn zwei Neutronensterne miteinander kollidieren. Diese extrem dichten Objekte sind die Überreste massereicher Sterne. Nachdem sie Milliarden Jahre lang umeinander kreisen, verlieren sie Energie durch Gravitationswellen. Schließlich stürzen sie zusammen. Dabei wird enorme Energie frei. Gleichzeitig entstehen in den ausgestoßenen Materiewolken neue schwere Elemente.

„Diese Ausbrüche treten auf, wenn zwei Neutronensterne spiralförmig aufeinander zufliegen und kollidieren, wodurch eine Flut von Energie freigesetzt und schwere Elemente wie Gold und Platin geschmiedet werden“, erklärte Simone Dichiara, Assistenzprofessorin für Astronomie und Astrophysik an der Penn State University und Hauptautorin der Studie.

Spur führt in ein kosmisches Trümmerfeld

Um den Ursprung des Ausbruchs zu bestimmen, kombinierten die Forschenden Daten mehrerer Weltraumteleskope. Das Chandra-Röntgenobservatorium lieferte hochauflösende Röntgenbilder. Das Hubble-Weltraumteleskop ergänzte diese mit optischen Beobachtungen.

Das Team lokalisierte die Quelle in einer schwachen Galaxie rund 8,5 Milliarden Lichtjahre entfernt. Diese Galaxie gehört zu einer größeren Gruppe, in der mehrere Systeme miteinander interagieren.

Solche Begegnungen sind im Universum häufig. Wenn Galaxien einander nahe kommen, verformt ihre gegenseitige Schwerkraft die Sternsysteme. Dabei entstehen lange Strukturen aus Sternen, Gas und Staub. Astronominnen und Astronomen nennen sie Gezeitenschweife. Genau in einem solchen Schweif scheint die Explosion stattgefunden zu haben.

Galaxienkollision als Auslöser neuer Sterne

Die Forschenden vermuten, dass die Kollision der Galaxien eine Phase intensiver Sternentstehung ausgelöst hat. Dabei könnten auch die beiden Neutronensterne entstanden sein, die später miteinander verschmolzen.

„Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass die Gezeitenwechselwirkung zwischen Galaxien die Sternentstehung auslösen kann und dass zwei Neutronensterne, die sich aus den neuen Sternen entwickeln, schließlich miteinander verschmelzen und dabei diese großen Explosionen und energiereichen Emissionen verursachen, die wir beobachten“, sagte Dichiara.

Solche Verschmelzungen erzeugen neben Gammastrahlenblitzen auch eine sogenannte Kilonova. Dabei handelt es sich um ein kurzzeitig aufleuchtendes Objekt, das entsteht, wenn bei der Kollision große Mengen Materie ins All geschleudert werden. In dieser Materie bilden sich schwere Elemente durch schnelle Kernreaktionen. Diese Elemente verteilen sich anschließend im interstellaren Raum.

Ursprung vieler Elemente auf der Erde

Die Studie liefert auch Hinweise darauf, wie Elemente entstehen, aus denen später Planeten und schließlich auch Leben entstehen können.

„Wir erhielten einen seltenen Einblick, wie Zerstörung ein Katalysator für Schöpfung sein kann“, sagte Jane Charlton, Professorin für Astronomie und Astrophysik an der Penn State University und Mitautorin der Studie. „Das Gold, das wir auf der Erde haben, entstand bei einem explosiven Ereignis dieser Art.“

Charlton erinnert außerdem daran, dass viele Elemente im menschlichen Körper ebenfalls kosmischen Ursprungs sind. „Die schweren Elemente in unserem Körper, wie zum Beispiel Eisen, stammen von etwa 10.000 Sternen, die sich in unserer Galaxie befanden und gestorben sind. Es dauerte Milliarden von Jahren, aber dieses Eisen blieb auf der Erde erhalten und wurde bei der Entstehung und Entwicklung unseres Körpers verwendet.“

Ohne Röntgenteleskop kaum sichtbar

Eine Besonderheit der Entdeckung liegt auch in der Beobachtungstechnik. Die Wirtsgalaxie des Ausbruchs ist extrem lichtschwach. Ohne präzise Röntgenmessungen wäre sie wahrscheinlich übersehen worden.

Charlton betont daher die Rolle moderner Weltraumteleskope. Nur mit Instrumenten wie Chandra lassen sich solche Ereignisse zuverlässig lokalisieren.

Noch ist zudem unklar, wie weit der Gammastrahlenblitz tatsächlich entfernt ist. Sollte sich eine größere Distanz bestätigen, könnte GRB 230906A zu den entferntesten kurzen Gammastrahlenblitzen gehören, die bisher beobachtet wurden.

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