Webb entdeckt Hinweise auf einen Neutronenstern im Zentrum der Supernova 1987A

Die von der NASA am 22. Februar 2024 veröffentlichte Ankündigung präsentiert Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops, die den bisher stärksten Beleg für Emissionen liefern, die von einem neu gebildeten kompakten Objekt am Ort der Supernova SN 1987A stammen. Die Supernova ereignete sich in einer Entfernung von etwa 160 000 Lichtjahren im Großen Magellanschen Wolke und wurde erstmals im Februar 1987 von der Erde aus beobachtet.

SN 1987A war eine Kernkollaps-Supernova: Laut der Erklärung des Teams hinterlässt diese Art von Explosion im Zentrum ein kompaktes Objekt, entweder einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Astronomen hatten nach Hinweisen auf dieses Objekt im expandierenden Material gesucht, das nach der Explosion zurückblieb. Die von der NASA gemeldete Arbeit berichtet über Signale von hochenergetischer Strahlung, die mit dem Zentrum des Rests in Verbindung stehen, und die Forscher gehen davon aus, dass diese wahrscheinlich von einem jungen Neutronenstern erzeugt werden.

Ionisiertes Argon im ausgestoßenen Material

Die Beobachtungen, die das Ergebnis stützen, wurden am 16. Juli 2022 aufgenommen, unter den ersten, die Webb zur Untersuchung dieses Rests durchführte. Das Team verwendete den mittlere Auflösungsspektroskopiemodus des Instruments MIRI, der im mittleren Infrarot beobachtet. Ein Spektrograph trennt das Licht in seine Wellenlängen; der verwendete Modus ermöglicht es, ein Spektrum pro Pixel zu erhalten und zu untersuchen, wie sich die Emission über das Objekt hinweg verändert.

Die Analyse detektierte ein intensives Signal von ionisiertem Argon im Zentrum des ausgestoßenen Materials, das den Explosionsort umgibt. Spätere Beobachtungen mit NIRSpec, dem nahen Infrarotspektrographen von Webb, fanden noch stärker ionisierte Elemente, insbesondere Argon, dem fünf seiner 18 Elektronen fehlen. Die Erzeugung dieser Ionen erfordert sehr energiereiche Photonen. Aus dieser Notwendigkeit schließt das Team, dass es eine Quelle für hochenergetische Strahlung im Zentrum des Rests geben muss.

Warum es auf einen Neutronenstern hindeutet

Etwa zwei Stunden vor der ersten Beobachtung von SN 1987A im sichtbaren Licht detektierten drei Observatorien einen Neutrino-Ausbruch, der einige Sekunden dauerte. Dieses Signal und die Supernova wurden mit demselben Ereignis in Verbindung gebracht und lieferten wichtige Beweise für die Theorie des Kernkollapses, die die Bildung eines Neutronensterns oder eines Schwarzen Lochs vorhersagt. In den letzten Jahren wurden auch indirekte Hinweise auf einen Neutronenstern im Rest gefunden, aber die Pressemitteilung beschreibt die neuen Beobachtungen als erste Detektion der Effekte der hochenergetischen Emission des wahrscheinlichen jungen Objekts.

Das Team untersuchte verschiedene Erklärungen für die Strahlung, die das Argon ionisieren kann, und weist darauf hin, dass nur wenige davon plausibel erscheinen; alle beinhalten einen neu geborenen Neutronenstern. Daher stützt der Befund diese Interpretation, aber die Identifizierung des Objekts wird als wahrscheinlich ausgedrückt. Die Notiz der NASA nimmt auch die Erwartung des Teams auf, dass neue Beobachtungen helfen werden, besser zu verstehen, was genau im Zentrum von SN 1987A geschieht.

Ein sich entwickelnder beobachteter Rest

SN 1987A befindet sich unter den jüngsten und nächstgelegenen identifizierten Supernovae, und ihre Überreste verändern sich weiterhin schnell. Die Explosion wurde im Februar 1987 beobachtet und ihre Helligkeit erreichte im Mai desselben Jahres ihr Maximum. Diese Entwicklung über Jahrzehnte hinweg bietet Astronomen die Möglichkeit, Aspekte einer Sternexplosion und ihres Rests in Echtzeit zu studieren.

Die Ankündigung erklärt, dass die Ergebnisse in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden. Webb ist eine internationale Mission, die von der NASA zusammen mit der Europäischen Weltraumagentur (ESA) und der Kanadischen Weltraumagentur geleitet wird. In der Studie lieferte MIRI die Infrarotbeobachtungen des Argons und NIRSpec die späteren Beobachtungen bei kürzeren Wellenlängen.

Der Hauptbefund ist, dass das Zentrum des Rests eine Strahlungsquelle enthält, die die beobachteten Ionen erzeugen kann. Der neu geborene Neutronenstern ist, laut den von den Forschern betrachteten Modellen, die wahrscheinlichste Erklärung; das Team hofft, dass die beobachtende Nachverfolgung hilft, die Natur der Emission zu präzisieren.