News: Gamma-Hammer
Seit Jahrzehnten geben ungewöhnlich helle Blitze im kosmischen Gammalicht Wissenschaftlern Rätsel auf. Erst in den letzten Jahren zeichnete sich ab, dass das nicht minder spektakuläre Ende von Sternen irgendwie mit den Ereignissen in Verbindung steht. Neue Beobachtungen fügen sich in dieses Bild.
Es handelt sich vermutlich um die heftigsten Explosionen des Weltalls. Kaum ein anderes Ereignis setzt mit einem Mal so viel Licht frei, schon gar nicht im Bereich der energiereichen Gammastrahlung. Dabei ist die Leuchtkraft mit unvorstellbaren 1043 Watt rund 1019-mal stärker als die unserer Sonne und stammt allem Anschein nach aus Regionen, die nicht größer sind als unserer Heimatstern. Bei so viel Strahlung auf so kleinem Raum müssten sich die ausgesandten Photonen theoretisch schon gegenseitig behindern – gleichsam einer Menschenmenge die panikartig versucht durch einen viel zu kleinen Ausgang zu flüchten –, wenn nicht die Explosionsenergie zunächst in einem gigantischen Feuerball aufgestaut würde.
Kurzum, Gammastrahlenausbrüche (Gamma Ray Bursts, kurz: GRBs), sind wahrhaft spektakuläre Ereignisse, die sich glücklicherweise bislang in komfortablen Entfernungen von einigen hundert Millionen bis Milliarden Lichtjahren ereignen. Dafür aber mit schöner Regelmäßigkeit: Im Schnitt leuchten zwei bis drei Bursts pro Tag am Firmament. Wenngleich diese Ereignisse in der jeweiligen Region im Bereich der Gammastrahlen alles andere überstrahlen, so ist doch im optischen Bereich aufgrund der großen Entfernung in den seltensten Fällen etwas vom Nachglühen der Ausbrüche zu erkennen.
Nicht so bei dem Blitz, den der Satellit High Energy Transient Explorer (HETE) am 29. März dieses Jahres registrierte. Das Nachglühen dieses Ausbruchs, der sich in rund 2,6 Milliarden Lichtjahren ereignete und damit der Erde am zweitnächsten kam, soll laut Aussage von Astronomen sogar mit Amateurteleskopen sichtbar gewesen sein. Und noch etwas macht GRB030329 zu etwas Besonderem: Im schwindenden Licht des fernen Ereignisses entdeckten die Forscher die charakteristische Signatur einer Supernova – das kosmische Feuerwerk also, mit dem ein Stern eindrucksvoll sein Ende in Szene setzt.
Schon früher hatten Wissenschaftler Gammastrahlenausbrüche und Supernovae miteinander in Verbindung gebracht, und zumindest einmal hatten sie beide Phänomene (GRB980425 und SN1998bw) kurz hintereinander in derselben Himmelsregion gesichtet. Doch so richtig sicher, dass beide Begebenheiten auf den gleichen Ursprung zurückgehen, waren sie sich bislang nicht. Das neuerliche Ereignis ließ nun offensichtlich die Gewissheit bei Edo Berger vom Caltech Optical Observatory und seine Kollegen wachsen [1]. Die Forscher haben sich den Energieausstoß von GBR und Supernova genauer angesehen und schließen auch daraus auf einen gemeinsamen Ursprung.
So stellten die Forscher fest, dass die Explosion mindestens zwei Komponenten aufweisen muss: Zum einen eine ultrarelativistische, bei denen sich Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen müssen. Diese Komponente sei für die Gammastrahlung und das frühe Nachglühen verantwortlich, die in einen kleinen Raumbereich von maximal fünf Grad Öffnungswinkel abgestrahlt wurde. Eine zweite Komponente etwas langsamerer Teilchen hätte deutlich weniger gebündelt das Nachglühen im optischen und Radio-Bereich bewirkt, das mehr als anderthalb Tage lang gut zu sehen war. Im Vergleich zu anderen Ausbrüchen sei die Energie im Gammastrahlenbereich vielleicht etwas gering gewesen, insgesamt würde die Energiebilanz jedoch stimmen, wenn man auch den dominierenden Anteil der niederenergetischen Emission in Rechnung stellt.
Diese Interpretation passt durchaus ins Bild bisheriger Hypothesen. So nehmen Astronomen an, dass bei der Explosion sehr massereicher Sterne oder dem Verschmelzen von Sternenresten mit Schwarzen Löchern Jets ins All hinausgeschossen werden. Diese wären dann für die Gammastrahlung verantwortlich, die in einem schmalen Raumbereich abgestrahlt würden. Normalerweise, so die Theorie, ist die Gammastrahlung von der Erde aus jedoch nur erkennbar, wenn die Jets in Richtung unseres Heimatplaneten weisen. Dann jedoch überstrahlt sie auch alles andere und lässt eine etwaige Supernova höchstens erahnen.
Einzig eine Sternenexplosion, deren Gammastrahlung streifend die Erde passiert, ließe noch einen Blick im optischen Bereich zu. Das könnte bei GRB030329 der Fall gewesen sein. Dafür spräche auch die vergleichsweise geringe Intensität im Gammabereich.
Da der Ausbruch im März 2003 wissenschaftlich offenbar besonders ergiebig war, gesellen sich in der aktuellen Nature noch zwei weitere Veröffentlichung zu den Ergebnissen von Berger und Co. So beschäftigten sich Jochen Greiner vom Institute for Advanced Study in Princeton und seine Kollegen mit dem plötzlich etwas helleren Aufflackern des Nachglühens [2]. Die Forscher führen dieses Phänomen auf Schockwellen zurück, die ein Teil der Materiehülle einholen, die sich zwar früh vom Ort der Explosion entfernt hat, jedoch nicht mit allzu großer Geschwindigkeit. Derartige Untersuchungen können einen tieferen Einblick in den Mechanismus der mutmaßlichen Sternenexplosion geben.
Schließlich haben sich Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und 25 weitere europäische und amerikanische Kollegen mit der Polarisation des Nachglühens beschäftigt [3]. Rund 50 Stunden Beobachtungszeit an 38 Tagen konnten die Wissenschaftler auswerten. Dabei stellten sie fest, dass der Anteil des polarisierten Lichts zu keinem Zeitpunkt über 2,5 Prozent hinausging – ein vergleichsweise kleiner Wert, der nach Meinung der Wissenschaftler auf ein äußerst kompliziertes und verworrenes Magnetfeld vor Ort hindeutet. Auch mit dieser Information steht den Theoretikern ein weiteres Puzzlestück zur Verfügung, das sie in das vollständige Bild zum Verständnis von Gammastrahlenausbrüchen fügen dürfen – ein Familienportrait, das offenbar auch Supernovae umfasst.
Kurzum, Gammastrahlenausbrüche (Gamma Ray Bursts, kurz: GRBs), sind wahrhaft spektakuläre Ereignisse, die sich glücklicherweise bislang in komfortablen Entfernungen von einigen hundert Millionen bis Milliarden Lichtjahren ereignen. Dafür aber mit schöner Regelmäßigkeit: Im Schnitt leuchten zwei bis drei Bursts pro Tag am Firmament. Wenngleich diese Ereignisse in der jeweiligen Region im Bereich der Gammastrahlen alles andere überstrahlen, so ist doch im optischen Bereich aufgrund der großen Entfernung in den seltensten Fällen etwas vom Nachglühen der Ausbrüche zu erkennen.
Nicht so bei dem Blitz, den der Satellit High Energy Transient Explorer (HETE) am 29. März dieses Jahres registrierte. Das Nachglühen dieses Ausbruchs, der sich in rund 2,6 Milliarden Lichtjahren ereignete und damit der Erde am zweitnächsten kam, soll laut Aussage von Astronomen sogar mit Amateurteleskopen sichtbar gewesen sein. Und noch etwas macht GRB030329 zu etwas Besonderem: Im schwindenden Licht des fernen Ereignisses entdeckten die Forscher die charakteristische Signatur einer Supernova – das kosmische Feuerwerk also, mit dem ein Stern eindrucksvoll sein Ende in Szene setzt.
Schon früher hatten Wissenschaftler Gammastrahlenausbrüche und Supernovae miteinander in Verbindung gebracht, und zumindest einmal hatten sie beide Phänomene (GRB980425 und SN1998bw) kurz hintereinander in derselben Himmelsregion gesichtet. Doch so richtig sicher, dass beide Begebenheiten auf den gleichen Ursprung zurückgehen, waren sie sich bislang nicht. Das neuerliche Ereignis ließ nun offensichtlich die Gewissheit bei Edo Berger vom Caltech Optical Observatory und seine Kollegen wachsen [1]. Die Forscher haben sich den Energieausstoß von GBR und Supernova genauer angesehen und schließen auch daraus auf einen gemeinsamen Ursprung.
So stellten die Forscher fest, dass die Explosion mindestens zwei Komponenten aufweisen muss: Zum einen eine ultrarelativistische, bei denen sich Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen müssen. Diese Komponente sei für die Gammastrahlung und das frühe Nachglühen verantwortlich, die in einen kleinen Raumbereich von maximal fünf Grad Öffnungswinkel abgestrahlt wurde. Eine zweite Komponente etwas langsamerer Teilchen hätte deutlich weniger gebündelt das Nachglühen im optischen und Radio-Bereich bewirkt, das mehr als anderthalb Tage lang gut zu sehen war. Im Vergleich zu anderen Ausbrüchen sei die Energie im Gammastrahlenbereich vielleicht etwas gering gewesen, insgesamt würde die Energiebilanz jedoch stimmen, wenn man auch den dominierenden Anteil der niederenergetischen Emission in Rechnung stellt.
Diese Interpretation passt durchaus ins Bild bisheriger Hypothesen. So nehmen Astronomen an, dass bei der Explosion sehr massereicher Sterne oder dem Verschmelzen von Sternenresten mit Schwarzen Löchern Jets ins All hinausgeschossen werden. Diese wären dann für die Gammastrahlung verantwortlich, die in einem schmalen Raumbereich abgestrahlt würden. Normalerweise, so die Theorie, ist die Gammastrahlung von der Erde aus jedoch nur erkennbar, wenn die Jets in Richtung unseres Heimatplaneten weisen. Dann jedoch überstrahlt sie auch alles andere und lässt eine etwaige Supernova höchstens erahnen.
Einzig eine Sternenexplosion, deren Gammastrahlung streifend die Erde passiert, ließe noch einen Blick im optischen Bereich zu. Das könnte bei GRB030329 der Fall gewesen sein. Dafür spräche auch die vergleichsweise geringe Intensität im Gammabereich.
Da der Ausbruch im März 2003 wissenschaftlich offenbar besonders ergiebig war, gesellen sich in der aktuellen Nature noch zwei weitere Veröffentlichung zu den Ergebnissen von Berger und Co. So beschäftigten sich Jochen Greiner vom Institute for Advanced Study in Princeton und seine Kollegen mit dem plötzlich etwas helleren Aufflackern des Nachglühens [2]. Die Forscher führen dieses Phänomen auf Schockwellen zurück, die ein Teil der Materiehülle einholen, die sich zwar früh vom Ort der Explosion entfernt hat, jedoch nicht mit allzu großer Geschwindigkeit. Derartige Untersuchungen können einen tieferen Einblick in den Mechanismus der mutmaßlichen Sternenexplosion geben.
Schließlich haben sich Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und 25 weitere europäische und amerikanische Kollegen mit der Polarisation des Nachglühens beschäftigt [3]. Rund 50 Stunden Beobachtungszeit an 38 Tagen konnten die Wissenschaftler auswerten. Dabei stellten sie fest, dass der Anteil des polarisierten Lichts zu keinem Zeitpunkt über 2,5 Prozent hinausging – ein vergleichsweise kleiner Wert, der nach Meinung der Wissenschaftler auf ein äußerst kompliziertes und verworrenes Magnetfeld vor Ort hindeutet. Auch mit dieser Information steht den Theoretikern ein weiteres Puzzlestück zur Verfügung, das sie in das vollständige Bild zum Verständnis von Gammastrahlenausbrüchen fügen dürfen – ein Familienportrait, das offenbar auch Supernovae umfasst.
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