Spurensuche im All: War das eine Superkilonova oder kosmischer Zufall?

Erschütterungen in der Raumzeit Gravitationswellen sind winzige periodische Streckungen und Stauchungen der Raumzeit. Sie werden durch jede Beschleunigung einer Masse verursacht und breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit im Universum aus. Diese räumlichen Veränderungen sind jedoch so winzig, dass nur die extremsten Ereignisse im Universum, wie die Verschmelzungen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen, Gravitationswellen aussenden, die mit erdgebundenen Detektoren wie dem Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) gemessen werden können. Erstmals vorhergesagt wurden Gravitationswellen im Jahr 1916 von Albert Einstein auf Basis seiner allgemeinen Relativitätstheorie. Der direkte Nachweis gelang jedoch erst ein Jahrhundert später, am 14. September 2015, und wurde 2017 mit dem Nobelpreis für Physik gewürdigt. Die zwei dafür eingesetzten Detektoren des LIGO sind in den USA stationiert und bestehen aus je zwei vier Kilometer langen Armen, mit denen Längenänderungen gemessen werden können, die 10 000-mal kleiner sind als ein Atomkern. Seit August 2017 steuert auch der europäische Virgo-Detektor in Italien Messdaten bei. Zusammen mit dem Mitte 2023 beigetretenen Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) in Japan bilden LIGO und Virgo ein globales Detektornetzwerk für Gravitationswellen. Auch in Deutschland gibt es noch eine Anlage. Mit seinen »nur« 600 Meter langen Armen ist der im Jahr 2001 nahe Hannover fertiggestellte GEO600 allerdings nicht empfindlich genug, um kosmische Quellen nachzuweisen. Er hat dennoch entscheidende Beiträge zur Entwicklung der Technologien für die LIGO-Detektoren geleistet. Er wird Ende 2026 endgültig abgeschaltet. Falscher Alarm? Die erste und bisher einzige Entdeckung eines elektromagnetischen Gegenstücks zu einem Gravitationswellenereignis gelang am 17. August 2017, wenige Tage nach der Inbetriebnahme von Virgo. Nur Sekunden nach der Erschütterung der Raumzeit wurde der Gammablitz GRB170817A gemessen. Kurz darauf folgte die Entdeckung der Kilonova AT2017gfo durch eine weltweite Beobachtungskampagne, an der mehrere Tausend Astronominnen und Astronomen beteiligt waren (siehe »In Windeseile«). Als die LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) Kollaboration am 18. August 2025 um 03:20:19 Uhr MESZ vermeldete, dass sie wenige Sekunden zuvor möglicherweise ein ähnliches Signal registriert habe, war das Interesse daher schnell geweckt. Die Echtzeitanalyse der LVK-Kollaboration ergab, dass es sich um eine Verschmelzung zweier Objekte handelt – vorausgesetzt, das Signal stammt tatsächlich von einer kosmischen Katastrophe. Das Besondere: Es deutet auf die Beteiligung eines verhältnismäßig leichten, sehr kompakten Objekts hin – mit weniger als einer Sonnenmasse. Das ist deshalb sehr ungewöhnlich, weil kein Mechanismus bekannt ist, der Objekte mit einer so geringen Masse erzeugen kann, die gleichzeitig kompakt genug sind, um Gravitationswellen in einem für heutige Detektoren messbaren Frequenzband zu erzeugen. Neutronensterne sind zwar dicht genug, sollten jedoch nur oberhalb der Chandrasekhar-Grenze von 1,45 Sonnenmassen entstehen. Die Unsicherheit blieb also: Die Wahrscheinlichkeit, dass dem Signal S250818k ein echtes astrophysikalisches Ereignis zugrunde liegt, konnte nur mit 29 Prozent beziffert werden – eine Fluktuation im Rauschen oder ein falsches Signal aus irdischen Quellen schienen mit 71 Prozent deutlich wahrscheinlicher. Den Betreibern der Detektoren zufolge ist ein falsches Signal, das wie S250818k aussieht, immerhin alle fünf Monate zu erwarten. Normalerweise hätte S250818k daher keinerlei weitere Beachtung gefunden. Da sich die Einstufung ähnlicher Signale in der Nachanalyse jedoch schon öfter zugunsten einer astrophysikalischen Herkunft verschoben hatte, entschied ein Team der ZTF-Kollaboration um die Astronomin Mansi Kasliwal vom California Institute of Technology (Caltech) trotzdem, nach einem visuellen Gegenstück zu suchen. S250818k stellt immerhin das bis dato beste Signal mit einer möglichen Komponente unterhalb einer Sonnenmasse dar. Alle Blicke auf AT2025ulz Knapp drei Stunden nach der Messung durch LIGO waren bereits einige Kandidaten gefunden. Ein Zusammenhang mit dem Gravitationswellenereignis konnte jedoch nur im Fall des später AT2025ulz getauften Transienten nicht ausgeschlossen werden. Folgebeobachtungen mit dem FTW offenbarten, dass das Objekt nach dem Ausbruch schnell lichtschwächer und röter wurde (siehe »Gerade noch erwischt«). Diese Entwicklung gilt gemeinhin als Indiz dafür, dass es eine Kilonova sein könnte. Etwas, auf das die globale Forschungsgemeinschaft seit fast einem Jahrzehnt gewartet hat. Es folgte eine der aufwendigsten Beobachtungskampagnen in der Geschichte der Astronomie. Zahlreiche Observatorien weltweit richteten ihre leistungsstärksten Instrumente auf AT2025ulz. Die Zeit drängte, denn eine Kilonova in dieser Entfernung würde innerhalb weniger Tage wieder verblassen. Auf Hawaii fingen das Gemini North Telescope und das Keck I Telescope das Licht der Explosion ein, auf La Palma das Gran Telescopio Canarias. In der chilenischen Atacamawüste beobachteten gleich drei der vier Hauptteleskope des Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte (ESO) das Objekt, teilweise simultan. Auch Weltraumobservatorien beteiligten sich an der Suche, darunter diverse Gamma- und Röntgenteleskope, die nach hochenergetischer Strahlung von der Explosion Ausschau hielten. Die spektakulärste Beobachtung gelang allerdings mit dem Hubble-Weltraumteleskop – und das, obwohl AT2025ulz sich aus Sicht der Erde zu diesem Zeitpunkt sehr nahe an der Sonne befand und daher nur kurze Beobachtungszeitfenster möglich waren. Es gelang, das Teleskop so auszurichten, dass es den Transienten während jedes 95 Minuten andauernden Erdorbits für 13 Minuten ins Visier nehmen konnte. So wurde – Umlauf für Umlauf – ausreichend Belichtungszeit gesammelt. Der Lohn der Mühen Das Ergebnis dieser globalen Anstrengungen ist eine außergewöhnlich detaillierte Messung des Helligkeitsverlaufs von AT2025ulz. Auf das erste Maximum, das nicht mitaufgenommen werden konnte, folgte ein anfänglicher Abfall der Helligkeit (siehe »Rätselhafte Lichtkurve«). Danach begann das Objekt nach etwa fünf Tagen wieder heller zu werden. Es erreichte ein zweites Maximum und verblasste anschließend langsam. »Zunächst sah der Ausbruch etwa drei Tage lang genauso aus wie die erste Kilonova im Jahr 2017«Mansi Kasliwal, Astronomin Spektralaufnahmen der ersten Entwicklungsphase lieferten nur wenig Aufschluss über die Natur von AT2025ulz, sie passen nur teilweise zu bekannten Modellen. In der zweiten Phase zeigten sich jedoch klare Anzeichen für eine Typ-IIb-Supernova, eine seltene Form der Kernkollaps-Supernova (siehe »Kosmische Katastrophen«). Damit ergibt sich ein Rätsel: Dass es sich in der zweiten Phase der Entwicklung um eine Kernkollaps-Supernova handelt, gilt als unumstritten. Aber was genau ereignete sich in den ersten vier Tagen nach der Explosion? Doch nur eine Supernova? Eine Möglichkeit ist, dass sich hinter der anfänglichen Emission von AT2025ulz eine extrem helle Phase einer Kernkollaps-Supernova verbirgt. Dabei erreicht die den Stern zerreißende Stoßwelle die äußeren Gasschichten, heizt diese stark auf und lässt sie hell aufleuchten. Während der anschließenden Expansion kühlt die Oberfläche wieder ab und verliert dabei an Leuchtkraft, das sogenannte »Shock Cooling«. Das tritt grundsätzlich bei Kernkollaps-Supernovae auf, äußert sich aber besonders stark bei jenen des Typs IIb. In einem solchen Szenario ist vor dem Hauptmaximum eine zusätzliche Emissionsphase sichtbar, was den anfänglichen Abfall der Helligkeit erklären könnte. Durch die Expansion und Abkühlung wird das Material immer transparenter und enthüllt schließlich das heiße und turbulente Innere des Sternüberrests. Nun beginnt hochenergetische Strahlung, etwa aus dem radioaktiven Zerfall von Nickel-56, das umgebende Material erneut zu erwärmen und sorgt für das deutlich länger anhaltende Hauptmaximum. Das passt zur zweiten Emissionsphase mit den klaren Supernova-Signaturen. In diesem Fall hätte AT2025ulz nichts mit dem potenziellen Gravitationswellensignal S250818k zu tun. Die Wahrscheinlichkeit, eine solche Supernova rein zufällig in der Region zu entdecken, in welcher der Ursprung von S250818k vermutet wird, schätzt das Team auf etwa fünf Prozent. Möglicher Ausweg: Eine Superkilonova? Kasliwal und ihr Team schlagen jedoch ein alternatives Modell vor, das den Transienten doch noch mit den möglichen Gravitationswellen verbinden könnte. Demnach bildete sich nach der Explosion des massereichen und schnell rotierenden Vorläufersterns eine extrem dichte Scheibe, in der sich Materieklumpen zu mehreren Neutronensternen kollabierten. In diesem Fall gelten die typischen Untergrenzen für die Masse von Neutronensternen nicht, sodass daraus ein Exemplar hervorgegangen sein könnte, das leichter als unsere Sonne ist. Durch die starke gravitative Anziehung oder aufgrund von Reibungseffekten mit dem umgebenden Material finden sich manche zu engen Paaren zusammen, die schließlich miteinander verschmelzen (siehe »In drei Schritten zur Superkilonova«). Während eines solchen Ereignisses würden zunächst Gravitationswellen sowie eine Kilonova auftreten, bevor das Lichtspektrum und der Helligkeitsverlauf von der Supernova-Emission des Vorgängersterns dominiert werden. Das ist denkbar, da beide Prozesse auf unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen. Eine Kilonova verblasst innerhalb weniger Tage, wohingegen eine Supernova ihr Maximum erst nach einigen Wochen erreicht. Dieses »Superkilonova-Szenario« liefert ebenfalls eine Erklärungsmöglichkeit für die Entwicklung der Farbe und Helligkeit von AT2025ulz und würde zugleich das Gravitationswellensignal einbeziehen. Status: Ungeklärt Noch fehlt eine zweifelsfreie Erklärung für S250818k. Üblicherweise wird versucht, verschiedene Erklärungsansätze durch Modellierungen der Beobachtungsdaten zu unterscheiden; es gibt jedoch noch keine quantitativen Modelle für Superkilonovae. Hinzu kommt, dass die Daten der ersten Tage auch mit dem Prozess des Shock Coolings in einer Kernkollaps-Supernova erklärt werden können. Allerdings impliziert das potenzielle Gravitationswellensignal auch keine »normale« Verschmelzung zweier Neutronensterne. Es ist daher auch nicht unbedingt zu erwarten, dass das Resultat wie eine normale Kilonova aussieht. Nicht alle Fachleute teilen die Begeisterung für das Superkilonova-Szenario. Matt Nicholl von der Queen’s University in Belfast hält AT2025ulz am ehesten für eine gewöhnliche Supernova, die zufällig zur richtigen Zeit am richtigen Ort explodierte. James Gillanders von der University of Oxford weist wiederum auf die besondere Ähnlichkeit von Kilonovae und Supernovae vom Typ IIb in den ersten Tagen hin und darauf, dass die Lichtkurve kein eindeutiges Indiz für eine Kilonovakomponente darstelle. Gleichzeitig betonen die Autoren selbst, dass die Beobachtungsdaten keine endgültige Antwort liefern. Sie zeigen aber eine faszinierende Möglichkeit auf, sämtliche Phänomene miteinander zu vereinen. Es bleibt also nur die Möglichkeit, auf weitere dieser ungewöhnlichen Signale zu warten und nach ihren elektromagnetischen Gegenstücken zu suchen. Nur so kann geklärt werden, ob das Signal S250818k tatsächlich Gravitationswellen astrophysikalischen Ursprungs wiedergibt und ob diese auf eine besonders gewaltvolle Weise mit dem explosiven Ableben massiver Sterne zusammenhängen.