Eine Illustration eines Gammastrahlenausbruchs (Bildnachweis: NASA/Swift/Cruz deWilde)
Astronomen haben einen beeindruckenden Schatz von über 500 der stärksten Explosionen des Universums katalogisiert.
Diese so genannten Gammastrahlenausbrüche (GRBs) sind so energiereich, dass ein einziger von ihnen in einem Umkreis von 1.000 Lichtjahren um die Erde unsere Atmosphäre zerstören könnte, was katastrophale Folgen für das Leben auf unserem Planeten hätte. Glücklicherweise ist der nächstgelegene GRB in dieser neuen Gruppe von 535 Beobachtungen 77 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
Der neue Katalog wurde von einem weltweiten Team von 50 Astronomen unter der Leitung von Maria Giovanna Dainotti vom Nationalen Astronomischen Observatorium Japans anhand der Daten von 455 Teleskopen auf der ganzen Erde erstellt. In seiner Bedeutung könnte der Katalog mit dem Messier-Katalog konkurrieren, der 110 Deep-Sky-Objekte enthält und vor 250 Jahren von dem französischen Astronomen Charles Messier erstellt wurde – ein Katalog, der noch heute von Astronomen aller Fachrichtungen verwendet wird.
„Unsere Forschung verbessert unser Verständnis dieser rätselhaften kosmischen Explosionen und ist ein Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen den Nationen“, so Dainotti in einer Erklärung. „Das Ergebnis ist ein Katalog, der dem von Messier vor 250 Jahren erstellten Katalog ähnelt, der damals beobachtbare Deep-Sky-Objekte klassifizierte.
Teammitglied Alan Watson von der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko hob ebenfalls die Bedeutung des GRB-Katalogs hervor und bezeichnete ihn als eine „großartige Ressource“, die dazu beitragen könne, „die Grenzen unseres Wissens zu erweitern“.
Die Macht der Gammastrahlenausbrüche
Mit einer Dauer von einigen Millisekunden bis zu mehreren Minuten können GRBs hundertmal heller sein als eine durchschnittliche Supernova und in nur wenigen Sekunden mehr Energie abgeben, als die Sonne während ihrer Lebensdauer von etwa 10 Milliarden Jahren auszustrahlen vermag. Wenn ein GRB ausbricht, wird er also kurzzeitig zur hellsten Quelle elektromagnetischer Strahlung im beobachtbaren Universum.
Die erste Beobachtung eines GRB erfolgte in den 1960er Jahren, aber erst in den 1970er Jahren konnten Wissenschaftler feststellen, dass diese Strahlungsexplosionen kosmischen Ursprungs sind. Seitdem haben Wissenschaftler GRBs genutzt, um Materie und Physik zu untersuchen, die in Laboren auf der Erde nicht reproduziert werden können.
GRBs werden in zwei Hauptkategorien eingeteilt: lange Dauer, die mehr als zwei Minuten und bis zu mehreren Stunden dauert, und kurze Dauer, die Millisekunden bis ein paar Minuten dauert. Derzeit gehen die Astronomen davon aus, dass GRBs von kurzer Dauer entstehen, wenn entweder zwei Neutronensterne oder ein Neutronenstern und ein Schwarzes Loch kollidieren und verschmelzen.
Man geht davon aus, dass lang anhaltende GRBs entstehen, wenn massereiche Sterne kollabieren und dabei ein schwarzes Loch entstehen lassen, von dem aus Teilchenstrahlen mit etwa 99,9 % der Lichtgeschwindigkeit wegfliegen.
Eine Illustration eines Gammastrahlenausbruchs, der aus einer dichten Umgebung um einen kollabierenden massereichen Stern ausbricht. (Bildnachweis: NASA)
Mit 64.813 Beobachtungen, die im Laufe von 26 Jahren gesammelt wurden, mit bemerkenswerten Beiträgen der Swift-Satelliten, der RATIR-Kamera und des Subaru-Teleskops, erstellte das Team den bisher größten Katalog von GRBs – mit 534 Einträgen. Insbesondere fanden die Forscher heraus, dass sich mehr als ein Viertel der GRBs, etwa 28 % der Gesamtmenge, im Allgemeinen nicht veränderten, während ihr Licht durch das Universum raste. GRBs, die vor Milliarden von Jahren im frühen Universum ausbrachen, sehen ähnlich aus wie jene, die heute wüten.
Dies ist eine merkwürdige Entdeckung in einem Universum mit Objekten und Ereignissen, die sich in seiner 13,8 Milliarden Jahre langen Geschichte verändert haben.
„Dieses Phänomen könnte auf einen sehr eigenartigen Mechanismus hinweisen, wie diese Explosionen zustande kommen, was darauf hindeutet, dass die Sterne, die mit GRBs in Verbindung gebracht werden, primitiver sind als jene, die in jüngerer Zeit entstanden sind“, erklärte Dainotti. „Diese Hypothese muss jedoch noch weiter untersucht werden.“
Einige der GRBs entwickelten sich jedoch im optischen Licht auf eine Weise, die auch mit ihrer Entwicklung im Röntgenlicht übereinstimmte. Diese Objekte waren etwas einfacher zu erklären.
„Wir beobachten ein sich ausdehnendes Plasma aus Elektronen und Positronen, das sich mit der Zeit abkühlt, und wie ein heißer Eisenstab, der beim Abkühlen immer röteres Licht abstrahlt, sehen wir einen Übergang des Emissionsmechanismus“, sagte Teammitglied Bruce Gendre von der University of the Virgin Islands in der Erklärung. „In diesem Fall könnte dieser Mechanismus mit der magnetischen Energie verbunden sein, die diese Phänomene antreibt.“
Der nächste Schritt der Forscher wird darin bestehen, sich an die breitere astronomische Gemeinschaft zu wenden und auf diesem beeindruckenden GRB-Katalog aufzubauen. Zu diesem Zweck haben sie die Daten über eine App namens Gamma Ray Bursts Optical Afterglow Repository verfügbar gemacht.
„Die Annahme eines standardisierten Formats und von Einheiten, die möglicherweise mit den Protokollen der International Virtual Observatory Alliance verknüpft sind, wird die Konsistenz und Zugänglichkeit der Daten in diesem Bereich verbessern“, so Gendre. „Sobald die Daten gesichert sind, werden zusätzliche Populationsstudien durchgeführt, die auf der Grundlage der statistischen Analyse der aktuellen Arbeit neue Entdeckungen ermöglichen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Donnerstag (12. September) in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
