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Astrophysik: Galaktische Kollisionsfolgen

Wenn etwas galaxierekordträchtig explodiert, dann wäre den Grund dafür zu erfahren schon ganz interessant. Ärgerlicherweise blieb ausgerechnet die Ursache der heftigsten Explosionen im Universum bislang ein nur teilweise gelöstes Rätsel.
Der Gammablitz vom 24. Juli 2005Laden...
Astronomen bedauern oft, dass sie zu weit weg sind vom Geschehen: Die ungeheure Entfernung zu den interessantesten Studienobjekten im All verlangt nach sehr leistungsfähigem – und damit sehr, sehr kostspieligem – Spezialwerkzeug. Allerdings halten auch passionierte Weltraumforscher zu manchen spannenden Dingen lieber etwas Abstand. Zum Beispiel zu Gammastrahlenblitzen.

Diese anerkannt heftigsten Explosionen im Universum leuchten mit einem Schlag heller als eine Milliarde Milliarden Sonnen, bombardieren die All-Umgebung mit energiereicher Gammastrahlung und sind nach spätestens 1000 Sekunden dann schnell wieder verschwunden. Da bedauern selbst Kosmologen nicht wirklich, dass der erdnächste vermessene Gammablitz immerhin ein paar hundert Millionen Lichtjahre entfernt aufleuchtete, denn ein wirklich erdnaher Ausbruch könnte fatale Folgen für das Leben haben. Vielleicht es hatte einer sogar schon: Ein paar Forscher beschuldigten erst kürzlich einen relativ nahen Gammablitz als Mitauslöser des Massenaussterbens am Ende des Ordoviziums vor gut 440 Millionen Jahren.

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Der Gammablitz glüht in einer fernen Galaxie nach | Das Magellan-Teleskop des Carnegie-Obeservatorium hat den Ort des Gammablitzes vom 24. Juli 2005 fotografiert – hier sind Blitz und Wirtsgalaxie in verschiedenen Farben dargestellt: Die elliptische Galaxie erscheint im optischen Wellenlängenbereich rot, der Gammastrahlenausbruch selber ist blau gezeigt. In der tiefroten Galaxie sind seit Milliarden von Jahren keine neuen Sterne mehr entstanden.
Gut also, dass die meisten der täglich rund drei Ausbrüche in den weit entfernten Tiefen des Alls explodieren. Und schließlich haben heutige Gammastrahlen- ausbrucherforscher mittlerweile einen hübschen Fuhrpark von Instrumenten, die auch dem Rätsel entfernter Explosionen auf den Grund gehen können. Drei Forscherteams kombinierten nun Technologie und Know-how und glauben eines der hartnäckigsten Rätsel über die Gammablitze gelöst zu haben – die Frage, was genau eigentlich kurze Gammastrahlenausbrüche verursacht.

Für die länger andauernde Variante der Gammablitze – solche, die mehr als zwei Sekunden strahlen – ist diese Frage schon geklärt: Ihr Feuerwerk entsteht, wenn ein sehr massereicher Stern in fernen, noch recht jungen und bei der Neubildung von Sonnen produktiven Galaxien seinen letzten Brennstoff in einer Supernova spektakulär abfackelt. Die Explosion zerfetzt dabei stets Objekte, die höchstens ein paar Millionen Jahre alt sind.

Kurze Gammastrahlenausbrüche dagegen, deren Blitze nur millisekundenlang andauert und die viel schwerer zu beobachten sind, haben offensichtlich andere Ursachen, berichten nun zunächst Scott Barthelmy und seine Kollegen vom Nasa Goddard Space Flight Center. Sie hatten am 24. Juli 2005 das im Röntgenwellenlängenbereich sichtbare Nachglühen eines Gammastrahlenausbruchs namens GRB 050724 mit Hilfe des Swift-Satelliten analysiert [1]. Dabei konzentrierten sie sich nicht nur auf die Energiemenge, die von den fernen Blitzen freigesetzt wurde – sie erwies sich im Vergleich zu den langen Gammastrahlenausbrüchen von Supernovae als eher gering –, sondern vor allem darauf, den genauen Ort des Ausbruchs präzise einzugrenzen. Das gelang und überraschte: Ort der Explosion war, wie eine Überlagerung mit einer Aufnahme im optischen Wellenlängenbereich zeigte, eine elliptische Galaxie.

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Der Gammablitz vom 24. Juli 2005 | Der Gammablitz vom 24. Juli 2005, zwölf Stunden nach dem ersten Aufflackern aufgenommen im optischen Wellenlängenbereich vom Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte. Die Position der Gammastrahlenquelle ist vom Swift-XRT- (roter Kreis) sowie dem Chandra-Röntgeninstrument (grün) lokalisiert worden, das blaue Kreuz zeigt den genmauen Ort des optischen Nachglimmens. Die Explosion ereignete sich eindeutig inmitten einer hellen, roten Galaxie mit einer Rotverschiebung von 0,258 – also in etwa 3,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung.
Edo Berger vom Carnegie-Observatorium schaute sich diese Galaxie mit Teleskopen des Very Large Array in New Mexico und des Las-Campañas- Observatorium in Chile mit einigen Kollegen noch etwas genauer an – und war von den ersten, mitten in der Nacht zum 25. Juli eintrudelnden Bildern "völlig geschockt": Die rund 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernte fragliche Galaxis war derart betagt, dass in ihr seit einigen Milliarden Jahren keine neuen Sterne mehr geboren worden waren [2]. Was immer dort also in einem Gammablitz explodiert war – es musste alt gewesen sein.

Wahrscheinlichste Ursache der Explosion, so spekulieren die Wissenschaftler nun, muss also eine Kollision von zwei energiereichen, aber eben auch ziemlich alten Objekten sein – vielleicht von zwei Neutronensternen, vielleicht auch von einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern. Diese superschweren kompakten Himmelskörper sind selber schon aus einer Explosion geboren: Es sind die Reste von Sternen mit mindestens zehnfacher Sonnenmasse, die am Ende ihres Lebens explodieren und ihre Masse dann auf einem Radius von nur wenigen Kilometern konzentrieren.

Der kurze Gammastrahlen-Todesschrei von GRB 050724, vor allem aber das relativ lange Nachleuchten in anderen Wellenlängen deutet nun allerdings ziemlich eindeutig darauf hin, dass ein Neutronenstern stückweise von einem Schwarzen Loch aufgebröselt und dann erst völlig aufgesaugt wurde, meinen Barthelmy und Kollegen. Eine Kollision von zwei Neutronensternen wäre dagegen schnell und heftig erfolgt, hätte ohne viel Bröselei ein Schwarzes Loch hinterlassen und zu weniger starkem Nachleuchten geführt.

Alles klar also: Kurze Gammastrahlenausbrüche blitzen auf, wenn ferne alte Neutronensterne von Schwarzen Löchern verschluckt werden, die mit ihnen wahrscheinlich erst Milliarden von Jahren um einen gemeinsamen Gravitationsschwerpunkt getaumelt waren. Oder ist doch nicht alles klar? Das Licht der neuen Erkenntnisse stachelte auch Nial Tanvir von der Universität von Hertfordshire und seine Kollegen dazu an, sich einen Katalog von 400 früheren kurzen Gammastrahlenausbrüchen noch einmal vorzunehmen [3]. Die Daten waren in den 1990er Jahren im Zuge des BATSE-Experimentes vom Compton-Gamma-Ray-Observatorium aus dem Erdorbit heraus aufgezeichnet worden.

Überraschend zunächst, dass rund fünfzehn Prozent dieser Gammablitze sich in relativer Nähe von weniger als 300 Millionen Lichtjahren Entfernung von unserer Milchstraße ereignet hatten, und damit rund zehnmal näher als bislang angenommen. Gerade die nahen kurzen Gammablitze aber setzten offenbar nicht so viel Energie frei wie eine Kollision von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern, also ist ihre Ursache vielleicht wieder eine andere. Ein einzelner explodierender Magnetar – eine Art exotischer Neutronenstern-Einzelgänger mit Megamagnetfeld – könnte sich etwa in seinen eigenen Feldlinien verhaspelt und auseinander gerissen haben, spekulieren die Forscher. Und damit gäbe es dann nicht nur kurze und lange, sondern auch noch kurze, nahe Gammastrahlenausbrüche – jeder Explosionstyp verursacht von einer ganz eigenen kosmischen Katastrophe.
16.12.2005

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 16.12.2005

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