News: Spuren einer Explosion
Seit mehr als zehn Jahren registrieren Messgeräte in Japan und Australien aus dem Zentrum der Milchstraße hochenergetische kosmische Strahlung, deren genauer Ursprung bislang rätselhaft blieb. Nun kommen deutsche Radioastronomen mit Kollegen aus dem Ausland dem Geheimnis auf die Spur.
© Biermann et al., 2004, ApJL 604, L29 (Ausschnitt)
Kosmische Gammastrahlungsausbrüche – so genannte Gamma Ray Bursts oder auch kurz GRBs – wurden bereits in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts entdeckt, aber erst 1997 gelang es zum ersten Mal, ein optisches Gegenstück zu einem Gammastrahlungsausbruch aufzuspüren. Das Hauptproblem dabei war und ist, dass die Ausbrüche sehr kurz sind und daher kaum Zeit bleibt, die optischen Teleskope auf die jeweilige Himmelsregion auszurichten. Hinzu kommt, dass Gammastrahlungsausbrüche eher seltene Ereignisse sind. In unserer Milchstraße tritt beispielsweise etwa einmal in einer Million Jahre eine solche Explosion auf. So wundert es nicht, dass Astronomen erst vor kurzem eine Verbindung zwischen den Ausbrüchen und gewaltigen Supernova-Explosionen ausmachen konnten.
Derzeit gehen praktisch alle Modelle für Gammastrahlungsausbrüche davon aus, dass sich die Energie von der Explosion eines massereichen Sterns über entgegengesetzt gerichtete extrem energiereiche Teilchenstrahlen, Jets genannt, ausbreitet. In Zusammenarbeit mit seinen Kollegen Gustavo Tanco von der Universität Sao Paulo, Ralph Engel vom Forschungszentrum Karlsruhe sowie Giovanna Pugliese von der Europäischen Südsternwarte in Garching hat Peter Biermann vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie nun den weiteren Weg der dort freigesetzten Partikelstrahlung in der Milchstraße verfolgt. Die Forscher haben unter anderem berechnet, welche Auswirkungen auf der Erde zu erwarten sind, wenn ein solcher Gammastrahlungsausbruch im Zentrum unserer Milchstraße stattfindet.
So werden in den Jets Protonen beschleunigt, aber zunächst von einem Magnetfeld im Inneren der Jets gehalten. Es kommt zu Zusammenstößen mit Lichtteilchen – den Photonen –, wobei die Protonen zerlegt werden. Die dabei erzeugten Neutronen werden von dem Magnetfeld nicht gehalten und fliegen davon. Freie Neutronen sind jedoch nicht stabil, sie haben nur eine Lebensdauer von etwa 15 Minuten, dann zerfallen sie und als Zerfallsprodukte entstehen wiederum Protonen, die nun vom Magnetfeld im Inneren der Galaxis gefangen werden.
Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit stößt nun ein solches Proton mit einem anderen Proton des interstellaren Gases in der Umgebung zusammen und neben verschiedenen anderen Elementarteilchen entsteht wieder ein Neutron. Beim Eintritt in die Erdatmosphäre löst ein solches Neutron eine wahre Kettenreaktion aus, die leicht nachzuweisen ist. Die Berechnungen haben ergeben, dass selbst eine Million Jahre nach einem Strahlungsausbruch der Neutronenfluss bei einer Energie von etwa 1018 Elektronenvolt noch messbar ist.
Einen solchen Neutronenstrom aus Richtung des Zentrums unserer Milchstraße haben verschiedene Forschergruppen aus Japan und Australien tatsächlich bereits entdeckt, konnten den Ursprung aber bis jetzt nicht erklären. Dies jedoch scheint nun durch das neue Modell möglich zu sein. Aber was wäre, wenn ein solcher Neutronenstrom genau die Erde träfe?
"Glücklicherweise ist es statistisch sehr unwahrscheinlich, dass der eng kollimierte Jet des Gammastrahlungsausbruchs genau auf die Erde ausgerichtet ist. Das könnte schon verheerende Auswirkungen haben; immerhin ist das in nur wenigen Sekunden die gleiche Energie, die die Sonne in mehreren Minuten abstrahlt, und das noch in viel gutmütigerer Form", erklärt Peter Biermann.
Eine solide Überprüfung dieses Modells soll mit dem nach Pierre Auger benannten Observatorium zur Untersuchung kosmischer Strahlung bei höchsten Energien ermöglicht werden, das derzeit in der Provinz Mendoza in Argentinien aufgebaut wird und noch 2004 in Betrieb gehen soll. Der Standort ist dabei ideal gewählt, um kosmische Strahlung aus der Richtung des Galaktischen Zentrums zu untersuchen. Und die Kombination unterschiedlicher Teilchendetektoren in diesem Experiment erlaubt den Nachweis kosmischer Teilchen in einem Energiebereich von nur wenigen 1017 Elektronenvolt bis zu den höchsten bekannten Energien.
Bleibt also abzuwarten, welche Erkenntnisse uns das Experiment liefert und inwieweit diese zum neuen Modell der Gammastrahlenausbrüche passen. Hoffen können wir indes nur, dass uns sobald kein Gammablitz aus unserer Milchstraße direkt trifft. Aber immerhin: Die Statistik ist auf unserer Seite.
Derzeit gehen praktisch alle Modelle für Gammastrahlungsausbrüche davon aus, dass sich die Energie von der Explosion eines massereichen Sterns über entgegengesetzt gerichtete extrem energiereiche Teilchenstrahlen, Jets genannt, ausbreitet. In Zusammenarbeit mit seinen Kollegen Gustavo Tanco von der Universität Sao Paulo, Ralph Engel vom Forschungszentrum Karlsruhe sowie Giovanna Pugliese von der Europäischen Südsternwarte in Garching hat Peter Biermann vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie nun den weiteren Weg der dort freigesetzten Partikelstrahlung in der Milchstraße verfolgt. Die Forscher haben unter anderem berechnet, welche Auswirkungen auf der Erde zu erwarten sind, wenn ein solcher Gammastrahlungsausbruch im Zentrum unserer Milchstraße stattfindet.
So werden in den Jets Protonen beschleunigt, aber zunächst von einem Magnetfeld im Inneren der Jets gehalten. Es kommt zu Zusammenstößen mit Lichtteilchen – den Photonen –, wobei die Protonen zerlegt werden. Die dabei erzeugten Neutronen werden von dem Magnetfeld nicht gehalten und fliegen davon. Freie Neutronen sind jedoch nicht stabil, sie haben nur eine Lebensdauer von etwa 15 Minuten, dann zerfallen sie und als Zerfallsprodukte entstehen wiederum Protonen, die nun vom Magnetfeld im Inneren der Galaxis gefangen werden.
Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit stößt nun ein solches Proton mit einem anderen Proton des interstellaren Gases in der Umgebung zusammen und neben verschiedenen anderen Elementarteilchen entsteht wieder ein Neutron. Beim Eintritt in die Erdatmosphäre löst ein solches Neutron eine wahre Kettenreaktion aus, die leicht nachzuweisen ist. Die Berechnungen haben ergeben, dass selbst eine Million Jahre nach einem Strahlungsausbruch der Neutronenfluss bei einer Energie von etwa 1018 Elektronenvolt noch messbar ist.
Einen solchen Neutronenstrom aus Richtung des Zentrums unserer Milchstraße haben verschiedene Forschergruppen aus Japan und Australien tatsächlich bereits entdeckt, konnten den Ursprung aber bis jetzt nicht erklären. Dies jedoch scheint nun durch das neue Modell möglich zu sein. Aber was wäre, wenn ein solcher Neutronenstrom genau die Erde träfe?
"Glücklicherweise ist es statistisch sehr unwahrscheinlich, dass der eng kollimierte Jet des Gammastrahlungsausbruchs genau auf die Erde ausgerichtet ist. Das könnte schon verheerende Auswirkungen haben; immerhin ist das in nur wenigen Sekunden die gleiche Energie, die die Sonne in mehreren Minuten abstrahlt, und das noch in viel gutmütigerer Form", erklärt Peter Biermann.
Eine solide Überprüfung dieses Modells soll mit dem nach Pierre Auger benannten Observatorium zur Untersuchung kosmischer Strahlung bei höchsten Energien ermöglicht werden, das derzeit in der Provinz Mendoza in Argentinien aufgebaut wird und noch 2004 in Betrieb gehen soll. Der Standort ist dabei ideal gewählt, um kosmische Strahlung aus der Richtung des Galaktischen Zentrums zu untersuchen. Und die Kombination unterschiedlicher Teilchendetektoren in diesem Experiment erlaubt den Nachweis kosmischer Teilchen in einem Energiebereich von nur wenigen 1017 Elektronenvolt bis zu den höchsten bekannten Energien.
Bleibt also abzuwarten, welche Erkenntnisse uns das Experiment liefert und inwieweit diese zum neuen Modell der Gammastrahlenausbrüche passen. Hoffen können wir indes nur, dass uns sobald kein Gammablitz aus unserer Milchstraße direkt trifft. Aber immerhin: Die Statistik ist auf unserer Seite.
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