Rotes Kruzifix am Himmel

21.01.2013

Während der Regentschaft Karls des Großen wurde die Menschheit von einem Strahlensturm heimgesucht, verursacht von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern oder Neutronensternen

Es war ein frühmittelalterlicher Strahlensturm, der die Erde im Jahr 775 n. Chr. mit voller Wucht traf. Bislang wurde oft spekuliert, was der Auslöser für dieses Ereignis gewesen war. Astrophysiker aus Jena glauben nunmehr, den Grund hierfür zu kennen. Für ihr Modell berücksichtigte das Forscher-Duo eine vorangegangene Studie aus Japan, die sich mit Jahresringen von uralten Bäumen befasste, und eine alte Geschichtsquelle aus der Zeit Karls des Großen. Die Wissenschaftler glauben, dass sich Anno Domini 775 ein erdnaher kurzer Gammastrahlenausbruch (Gamma Ray Burst/GRB) ereignet hat. Verantwortlich hierfür waren wohl zwei Schwarze Löcher oder massereiche Neutronensterne. Wenn dies stimmt, wäre es der erste Beweis für einen kurzen GRB in unserer Galaxis. Glücklicherweise spielte sich damals das kosmische Drama fernab der Erde ab - in einer Entfernung von mindestens 3000 Lichtjahren. Näher wäre tödlich gewesen …

Bild: ESO/M. Kornmesser

Manchmal erweist sich in der Wissenschaft die Tugend Geduld als das beste Erfolgsrezept, um Geheimnissen auf der Spur zu kommen, die Gelehrte und Forscher seit Jahrtausenden nicht zu lüften vermochten.

Kurzes Gastspiel eines Gaststerns

Als beispielweise chinesische Astronomen im Jahr 185 nach Christus am Firmament einen neuen, hellleuchtenden Stern erblickten, dessen Herkunft sie sich partout nicht erklären konnten, ahnte keiner von ihnen zu diesem Zeitpunkt auch nur im Entferntesten, dass das Rätsel über die Herkunft der Erscheinung erst viele Jahrhunderte später vollends gelöst werden sollte.

Ihre Beobachtung fand in dem im 5. Jahrhundert erstellten "Buch der Späteren Han" (Hou Hanshu) Erwähnung, das den Zeitraum von 25 bis 220 n. Chr. behandelt und in dem der Chronist von einem "Gaststern" berichtet, der im zweiten Jahr der Zhongping-Ära des Kaisers Han Lingdi am Himmel hell erstrahlte. Der im chinesischen Sternbild Nanmen (südliches Tor) unerwartet aufleuchtende Stern soll binnen acht Monate verschiedene Farben angenommen haben, immer lichtschwächer geworden und zu guter Letzt ganz verblasst sein.

Historiker und Astronomen Hand in Hand

Während Historiker dank der genauen Beobachtungen und detaillierten Aufzeichnungen der beflissenen chinesischen Astronomen immerhin den Anfang des astronomischen Ereignisses auf den Tag genau, auf den 7. Dezember 185, und das Ende der Erscheinung auf den Sommer 186 datieren konnten, spekulierten Astronomen seit mehr als 50 Jahren über die Herkunft des Lichtphänomens, über den Grund für das Auftauchen des "Gaststerns". War es ein Komet, ein atmosphärisches unbekanntes Phänomen? Oder war es doch jene Ende der 1950er Jahre entdeckte Supernova im Sternbild Zirkel, die Astronomen auch als Emissionsnebel RCW 86 bezeichnen.

Der 8200 Lichtjahre entfernte Emissionsnebel RCW 86 im Röntgenlicht. Kombinierte Aufnahme der Chandra- und XMM-Newton-Observatorien (2006). Bild: Chandra: NASA/CXC/Univ. of Utrecht/J.Vink et al. XMM-Newton: ESA/Univ. of Utrecht/J.Vink et al.

Die Kometenthese legten die Astronomen gleichwohl schnell wieder ad acta, weil sich laut deren Aufzeichnungen der Stern am Firmament nicht bewegte. Alle Spekulationen gerieten zur Farce, als NASA-Wissenschaftler Jahr 2006 mit dem Röntgenteleskop Chandra und dem Weltraumobservatoriums XMM-Newton nachweisen konnten, dass sich in der Region RCW 86 vor 1800 Jahren tatsächlich eine Supernova ereignet hat, eine vom Typ Ia: eine Sternexplosion eines Weißen Zwergs in einem Dualsystem, in dem beide Sterne dicht an dicht stehen.

Space Art - ein Schwarzes Loch zapft seinen Begleitstern an. Bild: ESO/L. Calçada/M.Kornmesser

Da die astronomischen Daten, insbesondere die Position am Himmel und das Alter der Supernova, mit den in der Hou-Hanshu-Chronik aufgeführten Fakten übereinstimmen, gilt SN 185 heute als die älteste dokumentierte und katalogisierte Supernova der Geschichte.

Weitere Beobachtungen mit dem Infrarotsatelliten Spitzer lieferten auch eine plausible Erklärung dafür, warum der Stern seinerzeit so hell und lange erstrahlte. Der Grund: Die Explosionswolke der Supernova konnte sich in einem Bereich mit einem ungewöhnlich dünnen interstellaren Medium ungestört ausbreiten.

Rotes Kreuz am Himmel

590 Jahre nach dem von chinesischen Sternforschern dokumentierten astronomischen Großereignis, zu einer Zeit, als Karl der Große (747-814) noch im Begriff war, seine Regentschaft zu festigen und seine Macht auszubauen, versetzte etliche tausend Kilometer weiter westlich ein anderes astronomisches Schauspiel seine Zuschauer in Erstaunen.

Doch im Gegensatz zu den emsigen Forschern aus dem Reich der Mitte, deren Beobachtungsgabe und Dokumentation nahezu vorbildlich war, erwähnte der unbekannte Chronist das Phänomen seinerzeit nur beiläufig, schrieb ihm aber christliche Symbolik zu.

Eine Seite aus der Angelsächsischen Chronik. Bild: Public Domain

An der entscheidenden Stelle in der Angelsächsischen Chronik, eine für die englische Geschichte des Hochmittelalters unverzichtbare und wichtige Sammlung von Annalen, heißt es:

Dieses Jahr haben die Northumbrianer zur Osterzeit ihren König Alred nach York verbannt und Ethelred, dem Son von Mull, zu ihrem Lord gewählt, der vier Winter lang regierte. Dieses Jahr ist nach Sonnenuntergang am himmlischen Firmament ein rotes Kreuz erschienen …

Vielleicht wäre diese Randnotiz der angelsächsischen Geschichte wieder in Vergessenheit geraten, hätten nicht der japanische Physiker Fusa Miyake und einige seiner Kollegen 2012 in der Fachzeitschrift Nature verlautbart, mittels der Analyse von Jahresringen nachgewiesen zu haben, dass vor rund 1.200 Jahren die Erde von einem Ausbruch extrem intensiver hochenergetischer Strahlung heimgesucht wurde.

Keine Sternleiche gefunden

Bei der Untersuchung von zwei 1300 Jahre alten Zeder-Bäumen fand Miyake in Jahresringen, die im Jahr 775 geformt wurden, höhere Konzentrationen von den Isotopen Kohlenstoff-14 und Beryllium-10 als üblich.

Kohlenstoff-14- und Beryllium-10 bilden sich, wenn Weltraumstrahlung auf die Erdatmosphäre trifft und dort mit Sauerstoff- oder Stickstoff-Atomen kollidiert respektive mit ihnen verschmilzt. Unter anderem lagert sich der radioaktive Kohlenstoff in Blätter, Stämme und Wurzeln von Bäumen ein, wo er mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren zerfällt. Mittels der Radiokarbon- bzw. C-14-Methode können Wissenschaftler das Alter des jeweiligen Forschungsgegenstands genau datieren.

Was auch immer der genaue Grund für das Erscheinen des Rotes Kreuzes im Frühmittelalter gewesen sein mag - die naheliegendste Lösung, eine erdnahe Supernova, bot den Astronomen keine zufriedenstellende Antwort, zumal der obligatorische Sternüberrest nach wie vor nicht zu finden war und eine Supernova am Himmel ohnehin nicht wie ein rotes Kreuz aussehen würde. Keine erdnahe Sternenleiche wurde bislang katalogisiert, die mit dem Ereignis von 775 in Einklang zu bringen gewesen wäre. Überdies schweigen die historischen Quellen hierzu - bis heute.

Klein auf dem Bild, aber dennoch größer und sternreicher als die Milchstraße. Die Andromeda-Galaxie (M 31). Die Spiralgalaxie gehört zur Lokalen Gruppe und befindet nur 2,2 Millionen Lichtjahre von unserer Galaxis entfernt. Auch hierin haben sich schon GRBs ereignet. Bild: ESO

Auch Sonneneruptionen kommen als Täter nicht in Frage, weil die Flares schlichtweg zu schwach gewesen wären, um den gemessenen Überschuss an radioaktivem Kohlenstoff zu generieren. Hinzu kommt auch die Tatsache, dass Anno Domini 775 und die Jahre danach weltweit kein Chronist von vermehrten Polarlichtern am Nord- oder Südhimmel berichtet hat. Diese entstehen bekanntlich in den Polargebieten der Erde, wenn die elektrisch geladenen Partikel des Sonnenwindes auf die Erdatmosphäre treffen. Kein Chronist des achten Jahrhundert (oder später) hat damals ein solches Ereignis protokolliert.

Polarlichter (Aurora Australis) - aufgenommen von der NASA-Weltraumfähre Discovery im Mai 1991. Bild: NASA

Mit den gegenwärtigen Daten könne man vorerst keine Aussage über die Herkunft des Lichtphänomens machen, betonte Fusa Miyake von der Universität Nagoya (Japan) in "Nature".

Das Einzige, was wir sagen können, ist, dass um das Jahr 775 herum in näherer kosmischer Nachbarschaft ein extrem energiereiches Ereignis stattgefunden haben muss.

Kollidierende Schwarze Löcher als Übeltäter

Inspiriert von Miyakes Studie, haben sich die Astrophysiker Valeri Hambaryan und Ralph Neuhauser vom Astrophysikalischen Institut der Universität in Jena (Deutschland) des Problems angenommen und derweil sogar eine Lösung gefunden, die in der nächsten Ausgabe des Journals Monthly Notices of the Royal Astronomical Society publizistischen Niederschlag finden soll.

In ihrem Modell haben Supernovae keinen Platz. Vielmehr weisen die bekannten Indizien, wie das in der Chronik beschriebene Auftauchen eines Roten Kreuzes am Himmel, der erhöhte Kohlenstoff-14-Gehalt in den Baumringen, aber auch die an einem Eisbohrkern in der Antarktis gemessenen höheren Konzentrationen des Isotops Beryllium-10, deutlich darauf hin, dass sich zur Zeit Karls des Großen irgendein anderes astronomisches Großereignis zugetragen haben muss.

Künstlerische Darstellung eines GRBs. Bild: ESO

Die Quellen der historischen Weltraumstrahlung, die sich in den Jahresringen der Zedernbäume manifestiert haben, sind nach Ansicht der beiden Astrononen miteinander kollidierende Schwarze Löcher, Neutronensterne oder Weiße Zwerge. Prallen derlei Sternleichen zusammen und verschmelzen mit- und ineinander, entsteht starke Gammastrahlung. Sie tritt in kurzen, sehr energiereichen Gammastrahlenblitzen auf, die mitunter nur zwei Sekunden dauern und sich auch im sichtbaren Licht zu erkennen geben.

Exkurs: Gammastrahlenausbruch

Ein kosmischer Gammastrahlenausbruch ist eine temporär am Himmel aufleuchtende, extrem energiereiche Strahlenquelle, dessen so genannte Burstdauer zwischen rund 0,01 und 1000 Sekunden liegt. Binnen dieses Zeitraums sind sie die leuchtkräftigsten und energiereichsten Ereignissen im Universum und fürwahr eines der größten Geheimnisse der modernen Astronomie. Geradezu unheimlich an diesen mysteriösen Erscheinungen ist, dass sie scheinbar aus dem Nichts kommend das Universum für einige Sekunden mit kaum vorstellbarer Energie durchfluten, obwohl sie in Wirklichkeit eine mehrere Milliarden Jahre währende kosmische Odyssee hinter sich haben.

Innerhalb weniger Sekunden strahlen GRBs mehr Energie ab, als unser Heimatstern in seinem ganzen Leben freizugeben vermag. Selbst ein Stern von der hundertfachen Masse unserer Sonne würde neben einem Gammastrahlen-Blitz gänzlich verblassen. Ja, die hellsten unter ihnen sind sogar für die Dauer des Bursts heller als alle Sterne im Universum. Astronomen können das Nachleuchten eines Gammastrahlenblitzes, das mitunter für einige Tage andauern kann, im Röntgenbereich, im sichtbaren Licht und manchmal via Radiowellen gut beobachten. 

GRB emittierte in Mindestentfernung

Sollte sich ein solcher in den Jahren 774 und 775 zugetragen haben, könnten die mit- und ineinander verschmolzenen Schwarzen Löcher auf keinen Fall näher als 3000 Lichtjahre zur Erde gelegen haben, weil es ansonsten in der Folge der enormen Gammastrahlung zu einem Massensterben auf der Erde gekommen wäre. Basierend auf den vorliegenden Daten und den Berechnungen der Jenaer Astronomen muss sich der Gammastrahlenblitz in einer Mindestentfernung von 3000 und in einer Maximaldistanz von 12.000 Lichtjahren zur Sonne zugetragen haben.

Andere Studien zeigen, dass während kurzer Gammastrahlenausbrüche auch ein wenig sichtbares Licht emittiert wird. Bei relativ erdnahen Ereignissen würde dies für nur einige Tage zu sehen sein, könnte aber bisweilen auch leicht übersehen werden. Andererseits würde sich für Historiker die Mühe lohnen, so die beiden Forscher, die alten Quellen nochmals heranzuziehen und in den Annalen nach einem solchen Ereignis recherchieren.

Miteinander kollidierende Neutronensterne können kurze Gammastrahlenblitze auslösen. Bild: X-ray: NASA/CXC/xx; Optical: NASA/STScI; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss 

Aber auch die Kollegen von der beobachtenden Astronomie sollten laut der Empfehlung von Ralph Neuhauser und Valeri Hambaryan verstärkt und gezielt nach einem 1.200 Jahre altem Schwarzen Loch oder nach massiven Neutronensternen suchen, sich praktisch jedes miteinander verschmolzene Objekt vornehmen, das in einer Entfernung zwischen 3000 und 12.000 Lichtjahren entfernt von uns liegt.

"Man habe, so das Resümee der beiden Astrophysiker in ihrem Fachartikel, "das erste Indiz für einen kurzen Gammastrahlenausbruch in unserer Galaxis" gefunden. Gegenüber Telepolis bestätigt Prof. Neuhäuser, dass von einem Beweis gleichwohl noch nicht die Rede sein kann. "Mit 'evidence' meinen wir Indiz. Es wäre dann der erste bisher bemerkte GRB in unserer Galaxie."

Reale Gefahr

Käme es in unserer Galaxis zu einem GRB, womöglich sogar in relativer Nähe zum Solarsystem, wäre für die Erde eine Katastrophe apokalyptischen Ausmaßes unausweichlich. In nur ein paar tausend Lichtjahren Entfernung (unter 3000 Lichtjahren) würde uns ein solcher so hell erscheinen wie die Mittagssonne. Er würde die Erde mit derart viel Strahlung bombardiert, dass fast alles Leben zugrunde ginge.

Nur gut, dass sich der GRB von 775 n. Chr. nicht in Erdnähe zugetragen hat. Dies hätte nach Ansicht von Neuhäuser für das irdische Leben verheerende Konsequenzen gehabt:

Hätte sich ein Gammastrahlenausbruch viel näher zur Erde ereignet, hätte er erhebliche Schäden in der Biosphäre angerichtet. Aber sogar einige Tausend Lichtjahre von der Erde entfernt, könnte heutzutage ein ähnliches Ereignis die empfindlichen elektronischen Systeme, von denen hochentwickelte Gesellschaften inzwischen so abhängig sind, zerstören. Die Herausforderung besteht nunmehr darin, zu ergründen, wie oft solche hohen Kohlenstoff-14 vorkommen und wie oft solche Strahlung auf die Erde prallt.

Interpretiere man die Jahresringe der auf der Erde ältesten noch existierenden Bäume richtig, dann kam es seither nur einmal zu einem Gammastrahlenausbruch dieser Art, erklärt Neuhäuser.

Was künftige Gammastrahlenausbrüche in Erdnähe anbelangt, besteht für Valeri Hambaryan kein Grund zur Sorge. Wie der armenische Forscher diesem Magazin bestätigt, ist das Risiko einer fatalen Eruption für uns vernachlässigbar.

Basierend auf den bisherigen Beobachtungen halte ich die Wahrscheinlichkeit eines kurzen Gammastrahlenausbruchs in unserer kosmischen Nachbarschaft in den nächsten 3000 Jahren für sehr gering. Sie beträgt zirka 0,0003 Prozent.

Youtube-Animation einer Neutronenstern-Kollision.


"A Galactic short gamma-ray burst as cause for the 14C peak in AD 774/5" (V. V. Hambaryan, R. Neuhaeuser): Preprint des Papers im arXiv

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