Eine Quelle kosmischer Gammablitze?

Astronomen entlarvten besonderen Typ von Supernova als potenziellen Verursacher von Gammastrahlenausbrüche

Seit der Entdeckung des ersten Gammastrahlenblitzes vor 37 Jahren rätseln die Forscher darüber, woher diese seltsamen Phänomene rühren und was sich dahinter genau verbirgt. Jetzt konnte ein internationales Team unter Beteiligung von Astronomen vom Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Garching erstmals einen direkten Zusammenhang zwischen den rätselhaften Gammastrahleneruptionen und Supernovae als Verursacher herstellen. In der aktuellen Ausgabe des US-Wissenschaftsmagazin Science berichten die Wissenschaftler über ihre Entdeckung.

Ein kosmischer Gammastrahlenausbruch (Gamma Ray Burst/GRB) ist eine temporär am Himmel aufleuchtende, sehr helle Strahlenquelle, dessen "Burstdauer" zwischen rund 0,01 und 1000 Sekunden währt. Binnen dieses Zeitraums ist ein solches Objekt das hellste am Himmel. Solche in den Tiefen des Kosmos generierten hochenergetischen Ausbrüche von Gammastrahlen ereignen sich nicht oft, sind andererseits aber keine Seltenheit. Durchschnittlich einmal am Tag registrieren die Sensoren der Satelliten irgendwo am Himmel ein derartiges Strahlenbombardement. Für eine kurze Zeit lang emittiert Gammastrahlung aus einem winzigen Bereich des Himmels so intensiv, dass sie alle anderen "himmlischen" Gammaquellen überstrahlt.

Täglich mindestens einer

Woher diese bizarren Blitze allerdings kommen und was sich genau dahinter verbirgt, ist nach wie vor mysteriös. Um die Quelle und physikalische Natur der energiereichsten Ereignisse im Kosmos zu ergründen, starrte der NASA-Compton-Gamma-Ray-Satellite von 1991 bis 2000 in die Tiefe(n) des Kosmos. Dabei registrierte das BATSE-Instrument (Burst and Transient Source Experiment) des Weltraumobservatoriums immerhin 8000 Gammastrahlenausbrüche.

Himmelskarte der von Compton detektierten 8000 GRB-Quellen zwischen 1991-2000 (Bild: NASA/GSFC)

Gammastrahlen, die von der irdischen Atmosphäre vollständig absorbiert werden, treffen aus vielen Bereichen des Universums bei uns ein. Sie sind extrem kurzwellige, aber zugleich extrem energiereiche elektromagnetische Wellen und entstehen, wenn ein angeregter Atomkern in einen stabileren Zustand übergeht oder bilden sich (auf der Erde) beim Zerfall radioaktiver Stoffe respektive bei der Paarvernichtung. Innerhalb der Astronomie haben sie sich dennoch zu einer festen Größe gemausert, erhalten die Sternforscher doch dank deren Existenz wertvolle Informationen über Neutronensterne, Schwarze Löcher und wohl auch Hinweise über Super- oder Hyper-Novae.

Keine gefestigte Theorie zur Entstehung

Allerdings emittieren GRBs entschieden zu kurz, um Astronomen detaillierte Observationen zu ermöglichen. Dennoch lässt sich das Nachleuchten eines Gammastrahlensblitzes, das mitunter für einige Tage andauern kann, im Röntgenbereich, im sichtbaren Licht und manchmal via Radiowellen gut beobachten. Bislang war es weder bekannt, welcher Art die Objekte (bzw. Erscheinungen) sind, die derlei Strahlung eruptiv oder als Jet aussenden, noch gibt es eine gefestigte Theorie zu ihrer Entstehung.

Für die GRBs könnte nach Ansicht der Astronomen der Zusammenprall zweier Neutronensterne und die Explosion extrem massereicher Sterne verantwortlich sein, wobei Supernovae seit einigen Jahren besonders jene vom Typ Ic als heißeste Kandidaten gehandelt werden. Schließlich konnten Astronomen in einigen Fällen in der Region eines Gammastrahlenausbruchs das Nachglühen einer Supernova beobachten.

Bild eines Gammastrahlenblitzes in 1,3 Milliarden Lichtjahre Entfernung. Aufgenommen mit dem NASA-Röntgenteleskop Chandra. (Bild: NASA/CXC/Caltech/A. Soderberg et al.)

Nunmehr gelang es einem internationalen Astronomenteam unter der Leitung von Paolo Mazzali vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, neues Licht in das Dunkle des rätselhaften GRB-Phänomens zu bringen. Wie der Forscher in dem Fachaufsatz An Asymmetric Energetic Type Ic Supernova Viewed Off-Axis, and a Link to Gamma Ray Bursts (Science 308, 1284 / 2005) berichten, hat es den Anschein, als sei 2003jd im Zuge eines höchst ungleichförmigen Prozesses auseinander gerissen worden, der den so genannten Jets ähnelt, die für gewöhnlich GRBs generieren. Aus den Beobachtungen folgern die Forscher, dass die Supernova 2003jd die Quelle eines GRBs sein muss.

Asphärisch und extrem hell

Die Entdeckung gelang nur dank des beharrlichen Einsatzes von Mazzali und seinem Team, die sich speziell auf Supernovae vom Typ Ic konzentrierten und nach einiger Suche auch fündig wurden. Mithilfe des japanischen 8,2-Meter-Subaru-Teleskops auf dem Mauna Kea auf Hawaii konnten sie bei der Supernova mit Katalognummer SN 2003jd die Spektrallinien von neutralem Sauerstoff und Magnesium nachweisen. Die ungewöhnliche Anordnung der Spektrallinien des Lichts, welches das expandierende Supernovamaterial aussendet, weist auf eine stark von der Kugelgestalt abweichende Explosion hin.

Asphärische Explosion eines massereichen Sterns und richtungsabhängige Form der Sauerstofflinie. Bei der Supernova "1998bw", von der ein Gammablitz gesichtet wurde, zeigte der Jet und der Gammablitz in Richtung Erde. Die Sauerstofflinie im Spektrum hatte ein scharfes Maximum (rot: Modell, schwarz: Messung) (Bild: Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)

Die Ergebnisse zeigen, dass Typ Ic-Supernovae auch stark asphärisch sein können. Die beobachtete Supernova "2003jd" ist extrem hell und weist zusätzlich weitere charakteristische Ähnlichkeiten mit der Supernova "1998bw" auf, von der ein Gammablitz beobachtet wurde. In Übereinstimmung mit einem auf Computersimulationen beruhenden theoretischen Modell hat die Sauerstofflinie bei der Supernova "1998bw" aber nur ein einziges scharfes Maximum. Die Messungen an der Supernova "2003jd" bestätigen damit die Vorstellung, dass kosmische Gammablitze beim Kollaps und der Explosion massereicher Sterne erzeugt werden. Im Fall der Supernova "2003jd" ist der Gasjet und der dadurch erzeugte Gammablitz aber nicht auf die Erde gerichtet gewesen und für uns daher unsichtbar geblieben.

Mazzali und seine Kollegen schlagen nunmehr vor, SN 2003jd auch im Radiobereich zu observieren, um so die Jets der Supernova nachzuweisen. Es bestünde eine gute Chance, so betonen die Forscher, dass sich in den nächsten Jahren bei vielen weiteren Supernovae ein Zusammenhang mit Gammastrahlen-Ausbrüchen belegen lasse.

http://www.heise.de/tp/artikel/20/20196/1.html