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Astrophysik: Mechanismus der Gammablitze besser verstanden

Gammastrahlenausbruch
Werden die schnellen Teilchenströme, die bei ihrem Aufprall auf umgebende Materie einen Gammastrahlenausbruch auslösen, allein durch die Wucht einer Supernova-Explosion beschleunigt, oder sind Magnetfelder die treibende Kraft? Beobachtungen des GRB 090102 deuten jetzt auf Letzteres hin.

Gammastrahlenausbruch | Bei einem Gamma-Ray Burst (GRB) treten während der Supernova-Explosion eines massereichen Sterns Jets aus Partikeln fast mit Lichtgeschwindigkeit aus den Polen des Sterns aus. Zeigen diese Strahlen zufällig in Richtung Erde, leuchtet die Quelle kurz im energiereichen Gamma-Spektralbereich auf, gefolgt von einem Nachglühen im Optischen.
Der Satellit Swift meldete am 9. Januar 2009 das Auftreten und die Position eines neuen Gamma-Ray Bursts (GRB) an Sternwarten überall auf der Welt. Das Liverpool Telescope am Observatorio Roque de los Muchachos auf der Kanareninsel La Palma richtete sich mit seinem 2-Meter-Spiegel automatisch auf die Quelle aus. Der daran angeschlossene Polarimeter bestimmte bei der aufgenommenen Strahlung einen Polarisationsgrad von zehn Prozent, berichtet jetzt ein internationales Team um Iain Steele von der Liverpool John Moores University (JMU). Ein solcher Nachweis war wegen der geringen Lichtausbeute des GRB-Nachglühens im optischen Spektralbereich vorher noch nie gelungen.

Passieren Lichtwellen einen Bereich mit geordneten magnetischen Feldlinien, werden ihre Schwingungen in eine bestimmte Richtung gedreht – Physiker sprechen dann von Polarisation. Bei GRBs gehen die Forscher seit einer Weile davon aus, dass es sich beim Nachglühen der Gammaausbrüche um so genannte Synchrotronstrahlung handelt. Diese entsteht, wenn Elektronen aus den schnellen Materieströmen, den Jets, durch ein Magnetfeld laufen. Es war jedoch nicht klar, ob das Feld auf den Entstehungsort der Strahlung begrenzt und recht ungeordnet ist oder ob es von Anfang an bei der Erzeugung der Jets beteiligt ist.

GRB-Polarisation | Die Standardmodelle für Gamma-Ray Bursts erlauben drei Möglichkeiten, wie die entstehende Strahlung polarisiert wird: a) ein geordnetes Magnetfeld (rote Linien), das vom Jet mittransportiert wird, b) ein chaotisches Feld, das nur am Rand des Lichtkegels nennenswerte Polarisation erreicht, c) ein teilweise geordnetes Magnetfeld. Der Fall von GRB 090102 spricht mit seinem Polarisationsgrad von zehn Prozent für Fall a.
Der nun gemessene hohe Polarisationsgrad würde nun darauf hindeuten, dass das Magnetfeld bereits im Zentrum des Sterns am Beschleunigungsprozess beteiligt war, berichten die Forscher und zeichnen folgendes Bild: Der GRB wurde ausgelöst, als der Kern eines massereichen Sterns zu einem Schwarzen Loch kollabierte, auf das Materie in Form einer Akkretionsscheibe zuströmte. Zu diesem Zeitpunkt war dem Stern von außen noch gar nichts anzusehen. "Das stellare Magnetfeld zapft nun die enorme Rotationsenergie von Schwarzem Loch sowie Scheibe an und führt diese Energie den Teilchen in der Materiescheibe zu, die dann als kollimierte Strahlen an den Polen aus dem Stern brechen", erklärt der an der Studie beteiligte Astrophysiker der JMU Shiho Kobayashi.

Im Gegensatz zu den stetigen Jets von Aktiven Galaktischen Kernen (AGNs), wo ebenfalls Polarisationsgrade dieser Größenordnung beobachtet werden, ist der Mechanismus bei GRBs nur kurze Zeit aktiv. Die Materie schießt aus diesem Grund eher in Form von "fliegenden Pfannkuchen" und nicht als gebündelter Jet durchs All. Umso wichtiger sei es, bei diesen Ereignissen schnell beobachten zu können, so das Team um Steele. Im Fall vom robotischen Liverpool Telescope gelang das innerhalb von nur drei Minuten nach dem Alarm von Swift – vollkommen ohne menschliches Zutun. Die Forscher sind deshalb zuversichtlich, derartige Messungen auch bei anderen GRBs anstellen zu können. (dre)

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  • Quellen
Steele, I. et al.: Ten per cent polarized optical emission from GRB 090102. In: Nature 462, S. 767–769, 2009.

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