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Kosmische Explosionen: In der Schusslinie

Gammastrahlenausbrüche sind die stärksten Explosionen, die das Universum in diesen Zeiten zu bieten hat: In wenigen Sekunden setzen sie dieselbe Energie frei wie unsere Sonne in ihrem gesamten Leben. Wer oder was sie so hell am Nachthimmel erstrahlen lässt, ist noch nicht zweifelsfrei geklärt. Die bislang umfassendsten Beobachtungen eines solchen Ereignisses liefern nun neue Ansichten.
Die Sterne am Nachthimmel mögen uns unzählbar erscheinen. Tatsächlich sind es gerade einmal 3000 und damit nur ein winziger Bruchteil dessen, was sich im Universum an Lichtern herumtreibt: Allesamt stammen sie aus der Milchstraße, meist nicht einmal 1500 Lichtjahre von uns entfernt. Nur manchmal macht sich ein ferneres Gestirn durch ein kurzes Flackern bemerkbar – die Kosten dafür sind allerdings hoch.

Damit sie so ein Leuchtzeichen absetzen können, müssen sie mindestens acht Sonnenmassen in sich vereinen. Haben sie eines Tages ihren Kernbrennstoff verbraucht, stellen sie die Fusionsprozesse in ihrem Innern ein. Nun hält nichts mehr ihrer eigenen Schwerkraft entgegen und sie fallen in sich zusammen – gefolgt von einer riesigen Explosion, in der die Hüllen abgesprengt werden. Eine Supernova.

Dicke Fische

Auch wenn das Prinzip ähnlich ist, unterscheiden sich diese Explosionen durchaus in ihrer Stärke. Manche bringen dabei einen Neutronenstern hervor, andere eine Schwarzes Loch. Und manche, Wissenschaftler schätzen rund jede tausendste, erzeugt nach gegenwärtigem Stand der Forschung einen energiereichen Gammastrahlenausbruch. Das heißt, pro Woche gehen durchschnittlich etwa zwei von ihnen ins Netz der Astronomen.

GRB 080319B | Dieses Bild des Gammastrahlenausbruchs setzt sich aus verschiedenen Aufnahmen des Satelliten Swift zusammen, die ihn im ultravioletten, sichtbaren und Röntgenlicht abbilden.
Im März 2008 fingen sie mit GRB 080319B einen besonders dicken Fisch. Im optischen Bereich strahlte er so hell wie keiner vor ihm. Man hätte ihn sogar mit bloßem Auge am Nachthimmel erspähen müssen – obwohl er fast 7,5 Milliarden Lichtjahre entfernt ist! Das vollbringen nicht einmal Supernovae, die viele tausendmal näher liegen. Wie schafft es ein einziger Stern so unglaublich leuchtstark zu sein?

Die Lösung liegt zu einem Teil in der Art der Emission. Während gewöhnliche Supernovae ihre Energie relativ gleichmäßig und in wenigen Tagen bis hin zu Monaten zu allen Seiten abstrahlen, passiert das in einem Gammablitz innerhalb von Sekunden und gebündelt in einem dünnen Strahl: Während sich im Kern ein schnell rotierendes Schwarze Loch bildet, schießt aus der darum wirbelnden Gas- und Staubscheibe ein energiereicher Jet heraus. Dieser bohrt sich den Weg durch die Überbleibsel des Sterns und sorgt für den beobachteten Gammastrahlenausbruch.

Perfekte Datenlage

Astronomen auf der ganzen Welt nutzten die günstige Gelegenheit und verfolgten GRB 080319B und das für mehrere Wochen andauernde Nachleuchten – pausenlos und in vielen Spektralbereichen. Die perfekte Datenlage erlaubte es nun Wissenschaftlern um Judith Racusin von der Pennsylvania State University zu rekapitulierten, was genau in diesem System passierte.

Sie berichten, dass der Partikelstrahl von GRB 080319B fast genau in unsere Richtung zeigte und ihn so viel heller erscheinen ließ als andere seiner Art. Zudem gelang es ihnen, erstmals die Struktur des Jets direkt einzugrenzen. Denn die Daten lassen sich am plausibelsten erklären, wenn dieser aus zwei Komponenten besteht: Ein Strahl mit einem Öffnungswinkel von acht Grad umschließt einen etwa 20-mal engeren Jet – in welchem das Material mit 99,99995 Prozent der Lichtgeschwindigkeit ins All jagt. Die Teilchen im Manteljet sind dagegen ein bisschen langsamer unterwegs.

Gammablitz | Diese Illustration zeigt, wie sich Wissenschaftler einen Gammastrahlenausbruch vorstellen: In einem gebündelten Strahl schießt Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All.
Aus Beobachtungen von anderen Gammablitzen hatten Astronomen bisher stets niedrigere Auswurfgeschwindigkeiten abgeleitet. Sind die Partikelstrahlen tatsächlich immer in den hier beobachteten Strukturen angeordnet, haben sie in diesen Fällen vermutlich nicht direkt in den Jet geblickt. Somit nahmen sie nur den äußeren Partikelstrom wahr, der den ultraschnellen Kern verbarg. Zudem schätzten sie ihn auf diese Weise auch dunkler ein, als er bei richtiger Orientierung gewesen wäre. Denn das Energiebudget von GRB 080319B ist im Vergleich keineswegs außergewöhnlich.

Seltener Glücksfall

Vielmehr erwies er sich als ein wahrer Glücksfall, berichten die Forscher – sie schätzen, dass wir nur etwa einmal pro Jahrzehnt direkt in der Schusslinie stehen. Der bisherige Rekordhalter GRB 990123B blinkte vor mehr als neun Jahren kurz am Nachthimmel auf. Die jetzige Lichtshow hielt für rund hundert Sekunden an – ein relativ langer Zeitraum für ein solches Ereignis. Manche erstrahlen für nur wenige Sekunden, während sich der Stern in ein Schwarzes Loch verwandelt.

Zu diesem Zeitpunkt durchpflügt die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All geschleuderte Materie aber schon das umgebende Gas und sorgt so für ein Nachglühen in längeren Wellenlängen – von Röntgen- bis hin zu Radiowellen. Darunter auch das sichtbare Licht, das an jenem 19. März 2008 für einen Moment am Nachthimmel zu erblicken war.

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  • Quellen
Racusin, J. L. et. al.: Broadband observations of the naked-eye gamma ray burst GRB 080319B. In: Nature 455, S. 183–188, 2008.

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