Neue Erkenntnisse vom James-Webb-Weltraumteleskop über seltene astronomische Ereignisse

Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) bietet neue Möglichkeiten, um seltene astronomische Ereignisse zu studieren, die als Intermediäre Helligkeits-Rote Transienten (ILRTs) bekannt sind. Ein solches Ereignis ist AT 2019abn, das etwa 1.421 Tage nach seiner Explosion beobachtet wurde. Dieser Transient befindet sich in der nahegelegenen Messier 51-Galaxie, etwa 8,6 Millionen Parsec entfernt.

ILRTs sind eine weniger bekannte Art von astronomischen Ereignissen, die in einer Helligkeit zwischen klassischen Nova und Supernova leuchten, aber diese Ereignisse werden oft von Staub verdeckt. AT 2019abn teilt Merkmale mit anderen berühmten ILRT-Beispielen wie SN 2008S und NGC 300 2008-OT. Diese Ereignisse haben sehr rote Farben und sind in optischen Bildern schwer zu erkennen, weil sie von Staub umgeben sind. AT 2019abn wurde vor seiner Explosion nur in Infrarotbildern des Spitzer-Weltraumteleskops gesehen.

Unsere Beobachtungen von AT 2019abn mit JWST zeigen, dass es sich im Laufe der Zeit ähnlich wie SN 2008S verhält. Da diese Objekte stark von Staub verdeckt sind, bleibt ihre genaue Natur unklar, und Wissenschaftler haben mehrere mögliche Erklärungen für ihre Ursprünge vorgeschlagen. Mögliche Ursachen sind Verschmelzungen von massereichen Sternen, nicht-terminalen Ausbrüche von intermediär-massereichen Sternen oder Explosionen von masseärmeren Sternen, die als Elektroneneinfang-Supernovae bekannt sind.

In unseren Ergebnissen entdeckten wir auffällige mid-infrarote Merkmale in AT 2019abn. Diese Merkmale sind mit kohlenstoffreichen Materialien verbunden und deuten darauf hin, dass der Staub um diesen Transienten aus Kohlenstoffkörnern bestehen könnte, die normalerweise nicht um bestimmte Arten von Sternen vorkommen. Insbesondere deutet das Verhalten von kohlenstoffreichen Materialien darauf hin, dass AT 2019abn wahrscheinlich von einer spezifischen Art von Stern, einem super-asymptotischen Riesenstern (SAGB), stammt.

#Eigenschaften von Intermediären Helligkeits-Roten Transienten

ILRTs sind selten und nicht gut verstanden. Sie stellen eine Gruppe von Transienten dar, die weniger häufig beobachtet wurden als andere Typen. Diese Ereignisse haben Spitzenhelligkeitswerte, die zwischen klassischen Nova und Supernova liegen. Die einzigartigen Farben, die mit diesen transienten Ereignissen verbunden sind, sind sehr rot und zeigen an, dass sie stark vom Staub beeinflusst werden.

Obwohl der Begriff ILRT manchmal locker verwendet wird, definieren wir ihn in dieser Arbeit anhand von zwei Hauptbeispielen: SN 2008S und NGC 300 2008-OT. Beide Ereignisse sind durch massearme Vorläufersterne gekennzeichnet, die oft nur in Infrarotbildern sichtbar sind und nicht in tiefen optischen Bildern. Das legt nahe, dass viele ILRTs signifikante Verdeckungen erleben.

Das Licht von ILRTs steigt normalerweise schnell an und erreicht in etwa zwei Wochen seinen Höhepunkt. Nachdem sie ihre maximale Helligkeit erreicht haben, sinken sie entweder stetig oder flachen über einen Zeitraum ab, der bis zu 100 Tage dauern kann. In sehr späten Phasen ähnelt ihre Lichtemission der radioaktiven Zerfallsstrahlung. Die optischen Lichtspektren von ILRTs zeigen Wasserstoffemissionen ähnlich denen von Kernkollaps-Supernovae, aber die Linien sind viel schmaler, was auf weniger Energie und Masse hinweist als bei klassischen Supernovae.

#Das Rätsel der ILRT-Bildung

Die Entstehungsmechanismen hinter ILRTs sind immer noch umstritten. Es ist unklar, ob sie das Ergebnis terminaler Explosionen sind oder ob sie aus nicht-terminalen Ausbrüchen hervorgehen. Es gibt drei Haupttheorien für ihre Ursprünge:

1. Verschmelzungen von massereichen Sternen: Einige Wissenschaftler schlagen vor, dass ILRTs aus der Verschmelzung grosser Sterne in einem engen Doppelsternsystem resultieren könnten. Wenn dies der Fall ist, würden wir erwarten, dass sie hochmassige Vorläufersterne haben.

2. Ausbrüche von intermediär-massereichen Sternen: Eine andere Theorie besagt, dass diese Transienten durch kraftvolle Ausbrüche von intermediär-massereichen Sternen verursacht werden. In diesem Szenario würden die Merkmale, die wir in ILRTs sehen, denen in massiven Sternexplosionen ähneln.

3. Elektroneneinfang-Supernovae: Die dritte Theorie legt nahe, dass ILRTs eine Art von Supernova sein könnten, die auftritt, wenn der Kern eines Sterns aufgrund der Einfangung von Elektronen durch Atomkerne kollabiert. Dieser Prozess führt zu Ereignissen mit niedrigerer Energie und Helligkeit als traditionelle Supernovae.

#Beobachtungen von AT 2019abn

AT 2019abn wurde erstmals im Januar 2019 entdeckt und erreichte innerhalb von etwa 15 Tagen seine maximale Helligkeit mit einer Magnitude von -13. Das platziert es in einem einzigartigen Bereich zwischen traditionellen Nova und Supernovae. Es blieb mehrere Monate hell, bevor es unter die Nachweisgrenze in optischen Wellenlängen fiel.

Die JWST-Beobachtungen konzentrierten sich auf die späteren Phasen von AT 2019abn, indem sie Infrarotinstrumente verwendeten. Die Daten wurden zu bestimmten Zeitpunkten gesammelt, um die einzigartigen Merkmale dieses Transienten zu untersuchen. Das JWST wurde für detaillierte spektroskopische Beobachtungen eingesetzt, die das Studium des Lichts ermöglichten, das von der Quelle im Infrarotspektrum emittiert wurde.

#Verknüpfung von AT 2019abn mit anderen Ereignissen

Die Spektraleigenschaften von AT 2019abn zeigen Ähnlichkeiten mit SN 2008S und NGC 300 2008-OT. Die Forschung deutet darauf hin, dass diese Transienten gemeinsame physikalische Prozesse teilen könnten, auch wenn die genauen Details ihrer Entstehung unklar bleiben.

Neueste Beobachtungen zeigen, dass mid-infrarote Merkmale in AT 2019abn mit kohlenstoffreichen Quellen übereinstimmen. Das deutet auf einzigartige Eigenschaften hin, die ILRTs von anderen Klassen von Transienten unterscheiden. Die Daten unterstützen die Idee, dass der Staubbildungsprozess in diesen Ereignissen nicht typisch ist und mit bestimmten Sterntypen in Verbindung stehen könnte.

#Identifizierung von Staubmerkmalen

Eine bemerkenswerte Beobachtung des JWST war die Entdeckung spezifischer Merkmale in den Lichtspektren von AT 2019abn. Diese Merkmale sind mit grossen Kohlenstoffmolekülen, bekannt als Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs), verbunden. Diese Moleküle sind verantwortlich für breite Bänder im Infrarotspektrum und kommen häufig in verschiedenen astronomischen Umgebungen vor.

Im Fall von AT 2019abn deuten die Merkmale in den Spektren darauf hin, dass kohlenstoffreicher Staub vorhanden ist. Im Gegensatz zu anderen Arten von Sternen, die typischerweise sauerstoffreiche Materialien produzieren, deutet das Vorhandensein von Kohlenstoffmerkmalen darauf hin, dass der Vorläufer von AT 2019abn unter anderen Bedingungen entstanden sein könnte.

#Klassifizierung von PAH-Merkmalen

Die in den Spektren von AT 2019abn beobachteten PAH-Merkmale können in drei Typen klassifiziert werden: Klasse A, B und C. Klasse A-Merkmale finden sich oft in von Sternen beleuchteten Regionen, während Klasse B in post-AGB-Quellen auftritt. Klasse C-PAHs sind seltener und werden typischerweise um ungewöhnliche kohlenstoffreiche Quellen oder in bestimmten Arten von Doppelsternsystemen beobachtet.

Die stärksten Merkmale, die in den Infrarotspektren von AT 2019abn entdeckt wurden, ähneln Klasse C-PAHs. Das ist bedeutend, da solche Merkmale normalerweise nicht mit massiven Sterntypen in Verbindung gebracht werden, die normalerweise andere Staubkomponenten produzieren.

#Implikationen für Vorläufersterne

Die Eigenschaften von AT 2019abn deuten darauf hin, dass sein Vorläufer am ehesten mit einem SAGB-Stern übereinstimmt. Diese Art von Stern kann unter bestimmten Bedingungen kohlenstoffhaltiges Material produzieren. Das Vorhandensein von Klasse C-PAHs in den Spektren deutet darauf hin, dass der Staub um AT 2019abn ein hohes Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis hat.

Diese Beobachtungen sind entscheidend für das Verständnis der Arten von Sternen, die zur Bildung von ILRTs führen könnten. Wenn AT 2019abn tatsächlich mit einem Elektroneneinfang-Supernova-Szenario verknüpft ist, würde das die Idee unterstützen, dass diese Transienten mit spezifischen Entwicklungswegen von Sternen in Verbindung stehen.

#Vergleich mit anderen Transienten

Neben AT 2019abn zeigen andere ILRTs wie SN 2008S und NGC 300 2008-OT ähnliche Merkmale, was wichtig ist, um diese Ereignisse zu vergleichen. Die Lichtkurven und Spektraleigenschaften von ILRTs unterscheiden sich von helleren Ereignissen, was darauf hindeutet, dass sie einem eigenen Verlauf folgen.

Das theoretische Verständnis von ILRTs deutet auf eine Vielzahl möglicher Ursprünge hin. Die Unterschiede in ihren beobachteten Eigenschaften deuten darauf hin, dass sie nicht alle aus demselben Typ von Vorläufer produziert werden.

#Die Zukunft der ILRT-Forschung

Weitere Forschungen zu Transienten wie AT 2019abn sind entscheidend. Es gibt noch viel zu lernen über diese seltenen Ereignisse und ihre Bedeutung im grösseren Kontext der stellaren Evolution. Zukünftige Infrarotuntersuchungen und Beobachtungen mit dem JWST werden helfen, die Ursprünge dieser Transienten aufzudecken.

Wenn mehr Daten aus laufenden und geplanten Umfragen verfügbar werden, könnten Wissenschaftler in der Lage sein, ihr Verständnis von ILRTs zu verfeinern. Das könnte neue Einblicke geben, wie sich verschiedene Arten von Sternen entwickeln und letztendlich zum kosmischen Staubbudget beitragen.

#Schlussbemerkungen

AT 2019abn bietet eine spannende Gelegenheit, eine einzigartige Art von astronomischem Ereignis zu studieren. Die durch JWST gesammelten Daten haben neue Wege eröffnet, um ILRTs und ihre Ursprünge zu verstehen. Durch die Untersuchung der Eigenschaften dieser Transienten können Forscher ein umfassenderes Bild der stellaren Evolution und der unterschiedlichen Prozesse, die zum Tod von Sternen führen, zeichnen.

Das Vorhandensein von kohlenstoffreichen Materialien im Staub um AT 2019abn wirft neue Fragen auf, wie solche Materialien in den Umgebungen massiver Sterne entstehen. Fortgesetzte Beobachtungen und Studien dieser Ereignisse werden zweifellos unser Wissen über das Universum und die Lebenszyklen von Sternen vertiefen.