Gammablitze Sterbende Sterne strahlen ein letztes Mal

Es sind die heftigsten Ausbrüche des Universums: Gammablitze, die in wenigen Sekunden mehr Energie freisetzen als unsere Sonne während ihrer gesamten Existenz. Forscher haben neue Indizien dafür gefunden, dass die Eruptionen Todesschreie sterbender Sterne sind.

Von Hans-Arthur Marsiske


Gammablitz (Illustration): Gewaltigste Energieausbrüche des Universums
ESA/ Medialab

Gammablitz (Illustration): Gewaltigste Energieausbrüche des Universums

Es passiert ungefähr einmal pro Tag: Irgendwo am Himmel zuckt ein greller Blitz, der für einige Sekunden alle Sonnen und Galaxien überstrahlt - allerdings nur im extrem kurzwelligen, für das bloße Auge nicht sichtbaren Bereich der Gammastrahlung. Über den Ursprung und die Natur dieser Gammablitze, bei denen in wenigen Sekunden mehr Energie freigesetzt wird als unsere Sonne während ihrer gesamten Lebensdauer von zehn Milliarden Jahren abstrahlt, rätseln Astronomen seit über 30 Jahren. Doch ein im Frühjahr beobachteter, besonders heller Blitz lässt sie jetzt klarer sehen.

Seit langem vermuteten Wissenschaftler, dass Gammablitze mit dem Kollaps massiver Sterne am Ende ihres Lebens zusammenhängen. So lange ein Stern leuchtet, stehen verschiedene Kräfte im Gleichgewicht miteinander: Die Schwerkraft presst die Sternmaterie so stark zusammen, dass es zur Fusion von Atomkernen kommt. Die wiederum setzt Energie frei, die der Schwerkraft entgegen wirkt. Wenn aber alle Materie für die Kernfusion verbraucht ist, kann die Schwerkraft ungehindert wirken. Der Stern kollabiert unter seiner eigenen Masse. Wenn er zuvor groß genug war, explodiert er als Supernova.

Tatsächlich konnten seit Ende der neunziger Jahre einige Gammablitze mit Supernovae in Verbindung gebracht werden. Als besonders aufschlussreich erweist sich dabei mehr und mehr der am 29. März 2003 vom Satelliten Hete-II ("High Energy Transient Explorer") registrierte Gammablitz GRB030329. Innerhalb von 90 Minuten konnten die Koordinaten an die Forschergemeinde übermittelt und das "Nachglimmen" mit anderen Teleskopen verfolgt werden.

Gezielte Kraft: Die Reste eines Sterns drehen sich um ein Schwarzes Loch, Energie-Jets werden entlang der Rotationsachse ausgesandt
MIT

Gezielte Kraft: Die Reste eines Sterns drehen sich um ein Schwarzes Loch, Energie-Jets werden entlang der Rotationsachse ausgesandt

Rasch stellte sich heraus, dass der Ursprung dieses Blitzes mit 2,6 Milliarden Lichtjahren vergleichsweise nah lag und offensichtlich mit der Supernova SN2003dh zusammenhängt. Die relative große Helligkeit des Blitzes und des Nachglimmens bescherte den Astronomen reichhaltige Beobachtungsdaten. GRB030329 ist eine "Wasserscheide" beim Verständnis von Gammablitzen, schwärmt Peter Mészáros von der Pennsylvania State University.

Mehrere Wissenschaftlerteams arbeiten seitdem an der Auswertung der Beobachtungsdaten. Neueste Ergebnisse präsentieren sie in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature". So hat ein 26-köpfiges Team um Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching erstmals die Polarisierung des Nachglimmens im optischen Bereich über einen längeren Zeitraum untersucht. Die Forscher wollen Belege für die Theorie finden, dass Gammablitze nicht gleichmäßig in alle Richtungen, sondern wie bei einem Leuchtturm konzentriert als so genannte "Jets" abgestrahlt werden.

"Gamma Ray Burst" GRB021004 vom 4. Oktober 2002: In wenigen Sekunden so viel Energie wie eine Trilliarde Sonnen
NEAT/Palomar Oschin Telescope

"Gamma Ray Burst" GRB021004 vom 4. Oktober 2002: In wenigen Sekunden so viel Energie wie eine Trilliarde Sonnen

Diese Annahme ergibt sich schon aus Modellrechnungen: Würde der auf der Erde beobachtete Blitz mit gleicher Intensität in alle Richtungen strahlen, ergäbe sich eine derart gewaltige Energiemenge, dass gängige Theorien versagen würden. Das Jet-Modell wird dagegen durch die beobachtete Entwicklung des Nachglimmens gestützt, dessen Helligkeit etwa einen Tag nach dem Blitz rapide abnimmt.

Auch die jetzt gemessene Polarisation des Lichts passt hinsichtlich ihrer Stärke und ihres Winkels zur Jet-Theorie und deutet auf eine ebenfalls unsymmetrisch verlaufene Supernova-Explosion. "Normalerweise würde man erwarten, dass nach etwa zehn Tagen der Jet so langsam und dabei so breit geworden ist, dass wir seine Emission nicht mehr von sphärischer Emission unterscheiden können und die Polarisation auf Null fällt", sagt Greiner. "Doch wir beobachteten selbst nach 38 Tagen immer noch eine deutliche Polarisation. Sie muss also aus dem Licht der Supernova stammen."

Beobachtungen von GRB030329 im Radiospektrum, die ein Team um Edo Berger vom California Institute of Technology durchgeführt hat, zeigen, dass es offenbar sogar zwei Jets gibt: einen engen, etwa fünf Grad weiten, der für die Gammastrahlung verantwortlich ist, und einen weiteren, der im optischen und im Radiobereich strahlt. Dabei transportiert der zweite Jet offenbar den größeren Anteil an Energie - ein Ergebnis, das die Forscher verblüfft hat, wie Berger einräumt: "Ich hatte erwartet, das Gammablitze hauptsächlich Gammastrahlen erzeugen und nicht Radiowellen."



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