Tote Sterne verlöschen nicht: Chandra entdeckt eine Galaxie voller flackernder Supernova-Überreste

Jahrzehntelang lehrten Lehrbücher, dass die Überreste explodierter Sterne über Tausende von Jahren hinweg langsam und vorhersehbar abkühlen. Eine akribische neue Analyse von 14 Jahren Archivdaten des NASA-Röntgenobservatoriums Chandra offenbart nun jedoch eine weitaus chaotischere Realität. In der nahen Spiralgalaxie Messier 83 (M83) weigert sich eine Population von Supernova-Überresten, still zu verblassen, und flackert stattdessen innerhalb weniger Jahre dramatisch im Röntgenlicht.

Ein Tiefsee-Feuerwerk in M83

Um eine Basislinie für die Entwicklung von Supernova-Überresten zu erstellen, richteten Astronomen Chandra über einen Zeitraum von 2000 bis 2014 auf M83, eine spektakuläre Spiralgalaxie, die wir direkt von oben sehen und die etwa 15 Millionen Lichtjahre entfernt ist . Das Team verfolgte 22 zuvor als Supernova-Überreste identifizierte Röntgenquellen und machte eine verblüffende Entdeckung: Ungefähr die Hälfte von ihnen zeigte signifikante und unerwartete Veränderungen in ihrer Röntgenhelligkeit .

„Wir wissen, dass einzelne Röntgenquellen sich dramatisch verändern können, aber herauszufinden, dass so viele Supernova-Überreste dies tun, hat uns wirklich überrascht“, sagte Andrea Prestwich, Astronomin an der Catholic University of America und Co-Autorin der im The Astrophysical Journal veröffentlichten Studie .

Dieser hohe Anteil – rund 11 von 22 – macht die Entdeckung so bahnbrechend. Es handelt sich nicht um einen einzelnen exotischen Ausreißer, sondern um ein weit verbreitetes Verhalten, das eine Überprüfung des standardmäßigen Entwicklungsmodells für Sternüberreste erzwingt .

Warum flackern „tote“ Sterne immer noch?

Das Team identifizierte zwei führende – und möglicherweise gleichzeitig ablaufende – Mechanismen, um das unregelmäßige Röntgenflackern zu erklären .

1. Der überlebende Begleitstern

Die bevorzugte Erklärung ist, dass viele dieser Supernova-Überreste einen Überlebenden beherbergen. Die meisten massereichen Sterne existieren in Doppelsternsystemen. Wenn der massereichere Stern zur Supernova wird, kann er ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern zurücklassen. Überlebt der Begleitstern die Katastrophe, kann er in eine enge Umlaufbahn um das neue kompakte Objekt gezwungen werden. Die immense Schwerkraft des Schwarzen Lochs oder Neutronensterns beginnt dann, Material von der Oberfläche des Begleiters abzuziehen. Dieser als Akkretion bezeichnete Prozess erhitzt das einfallende Gas auf Millionen von Grad und erzeugt eine starke und variable Röntgenstrahlung, die vollständig von der Akkretionsrate abhängt .

2. Kosmisches Recycling: Rückfall-Akkretion

Ein alternatives Szenario dreht die Richtung des Materialflusses um. Anstatt einem Begleiter Gas zu stehlen, könnte das zentrale kompakte Objekt seine eigenen Trümmer „recyceln“. Der Astronom Roy Kilgard, ein Co-Autor der Studie, beschrieb die Möglichkeit als Trümmer der Explosion, die auf genau das Objekt zurückfallen, das die Supernova erzeugt hat . Diese „Rückfall-Akkretion“ könnte ebenfalls die beobachteten Helligkeitsschwankungen verursachen, wenn das vom Schwarzen Loch oder Neutronenstern eingefangene Material auf Röntgenstrahlung emittierende Temperaturen erhitzt wird.

Für mindestens einen Überrest in der Stichprobe, SN 1957D, gibt es eine einfachere Erklärung. Erstmals vor fast 70 Jahren beobachtet, wird seine Aufhellung im Röntgenbereich wahrscheinlich dadurch verursacht, dass seine Hochgeschwindigkeitsauswürfe in das umgebende interstellare Material krachen und dabei kinetische Energie in Wärme umwandeln .

Dieses Phänomen der langfristigen Variabilität könnte nicht auf M83 beschränkt sein. Erste Folgebeobachtungen der Whirlpool-Galaxie (M51) haben eine ähnliche Population variabler Überreste offenbart, was darauf hindeutet, dass dieses Verhalten ein häufiges und bisher übersehenes Merkmal sternbildender Galaxien sein könnte .

Ein neuer Feuerwerkskörper nahe dem schwarzen Loch der Milchstraße

In einer separaten Untersuchung richtete ein anderes Team von Astronomen sowohl Chandra als auch den ESA-Satelliten XMM-Newton auf das turbulente Zentrum unserer eigenen Galaxie. Ihr Ziel war Sagittarius C (Sgr C), eine dichte Sternentstehungsregion, die nur 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt – kosmologisch betrachtet ein direkter Nachbar des supermassereichen Schwarzen Lochs Sagittarius A* .

Innerhalb von Sgr C identifizierten sie einen deutlichen „Blob“ aus Röntgenstrahlung, eingebettet in eine größere Blase aus ionisiertem Wasserstoff, die einen jungen, massereichen Stern umgibt . Sollte er als Supernova-Überrest bestätigt werden, wäre er eines der nächstgelegenen Objekte dieser Art, das je in der Nähe des zentralen schwarzen Lochs der Milchstraße gefunden wurde . Die Daten deuten darauf hin, dass sich das ausgestoßene Sternmaterial mit einer Geschwindigkeit von etwa drei Millionen Kilometern pro Stunde ausdehnt und die ursprüngliche Explosion erst vor etwa 1.700 Jahren stattfand .

Die Entdeckung wurde durch die Kombination der hochauflösenden Röntgensicht von Chandra und XMM-Newton mit komplementären Radiodaten des MeerKAT-Teleskopverbunds in Südafrika und optischen Daten der Pan-STARRS-Durchmusterung ermöglicht . Der Fund bietet eine seltene Gelegenheit, den Lebenszyklus von Sternen in der extremsten Umgebung der Galaxie zu untersuchen.