Gammastrahlenausbrüche: Staub verdeckt sichtbares Licht von Gammastrahlenausbrüchen
© ESO/L. Calçada / Artist's impression of a dark gamma-ray burst / CC BY 4.0 CC BY (Ausschnitt)
Die bisher umfangreichste Untersuchung zu Gammastrahlenausbrüchen erklärt, warum manche der gigantischen Explosionen nicht im sichtbaren Bereich des Lichts nachleuchten.
Ein Astronomenteam um Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching bei München untersuchte 39 Gammastrahlenausbrüche. Diese gehören zu den energiereichsten Phänomenen im Universum. Sie treten ohne Vorwarnung auf und dauern zwischen Bruchteilen einer Sekunde und mehreren Minuten. In dieser Studie berücksichtigten die Forscher nur Explosionen mit einer Mindestdauer von zwei Sekunden. Sie sind auch als lange Bursts bekannt und stehen im Zusammenhang mit Supernovaexplosionen am Ende des Lebens massereicher und kurzlebiger Sterne in sternbildenden Galaxien.
Neben der hochenergetischen Gammastrahlung erzeugen diese Explosionen aber auch weniger energiereiche Strahlung, die sich über längere Zeiträume hinweg beobachten lässt. Dieses "Nachglühen" kann mehrere Wochen bis Jahre dauern. Bei allen Ausbrüchen besteht es aus Strahlung im Röntgenbereich – sichtbares Licht wird dagegen nur bei der Hälfte der Gammastrahlenausbrüche beobachtet.
Warum es ein solches dunkles Nachglühen im sichtbaren Bereich gibt, war bislang unklar. Einige Wissenschaftler vermuteten, dass es ein Anzeichen für die Existenz einer noch unbekannten Art von Gammastrahlenausbrüchen sein könnte. Andere Forscher sahen den Grund für das fehlende sichtbare Licht in der möglichen großen Entfernung der Explosionen. Kosmischer Staub könnte dann das Nachglühen auf dem Weg zur Erde abschwächen. Letztere Theorie bestätigte sich nun in der Untersuchung von Jochen Greiner und seinem Team.
Die Wissenschaftler analysierten das Nachglühen von 39 Gammastrahlenausbrüchen, wovon 20 optisch dunkel waren. Dafür setzten sie den Satellit Swift ein, der von seiner Umlaufbahn oberhalb der Erdatmosphäre Gammastrahlenausbrüche direkt nachweisen kann. Bei der Entdeckung einer Explosion übermittelt er ihre Position an erdgebundene Teleskope, welche die eigentliche Untersuchung durchführen. In diesem Fall handelte es sich um das Instrument GROND (Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector) am 2,2-Meter-Teleskop auf dem Berg La Silla in Chile. Das Gerät untersuchte das elektromagnetische Spektrum des Nachglühens vom Röntgen- bis in den Nahinfrarotbereich.
Mit diesen umfassenden Messungen konnten die Forscher direkt die Menge an Staub bestimmen, die das Licht auf dem Weg zur Erde durchläuft und die das Nachglühen abschwächt. Mit zusätzlichen Beobachtungsdaten von anderen Teleskopen bestimmten sie zudem die Entfernungen der Ausbrüche. Daraus ergab sich, dass das Nachglühen durch den Staub auf 60 bis 80 Prozent seiner Helligkeit abeschwächt wird. Von sehr fernen Objekten erreicht nur noch 30 bis 50 Prozent des sichtbaren Lichts die Erde. Das erklärt sich durch die Rotverschiebung, die Tatsache, dass die Lichtwellenlänge von fernen Objekten durch die Expansion des Universums in das Rote verschoben wird. Das ursprüngliche Licht der explodierenden Sterne war also kurzwelliger. Dieses wird besonders stark von Staub gestreut, weswegen ein noch geringerer Anteil davon die Erde erreicht. Daraus folgt also, dass die meisten der optisch dunklen Gammastrahlenausbrüche gerade diejenigen sind, bei denen das Nachglühen im sichtbaren Licht komplett vom Staub verschluckt wurde, bevor es die Erde erreichen konnte.
Barbara Wolfart
Ein Astronomenteam um Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching bei München untersuchte 39 Gammastrahlenausbrüche. Diese gehören zu den energiereichsten Phänomenen im Universum. Sie treten ohne Vorwarnung auf und dauern zwischen Bruchteilen einer Sekunde und mehreren Minuten. In dieser Studie berücksichtigten die Forscher nur Explosionen mit einer Mindestdauer von zwei Sekunden. Sie sind auch als lange Bursts bekannt und stehen im Zusammenhang mit Supernovaexplosionen am Ende des Lebens massereicher und kurzlebiger Sterne in sternbildenden Galaxien.
Neben der hochenergetischen Gammastrahlung erzeugen diese Explosionen aber auch weniger energiereiche Strahlung, die sich über längere Zeiträume hinweg beobachten lässt. Dieses "Nachglühen" kann mehrere Wochen bis Jahre dauern. Bei allen Ausbrüchen besteht es aus Strahlung im Röntgenbereich – sichtbares Licht wird dagegen nur bei der Hälfte der Gammastrahlenausbrüche beobachtet.
Warum es ein solches dunkles Nachglühen im sichtbaren Bereich gibt, war bislang unklar. Einige Wissenschaftler vermuteten, dass es ein Anzeichen für die Existenz einer noch unbekannten Art von Gammastrahlenausbrüchen sein könnte. Andere Forscher sahen den Grund für das fehlende sichtbare Licht in der möglichen großen Entfernung der Explosionen. Kosmischer Staub könnte dann das Nachglühen auf dem Weg zur Erde abschwächen. Letztere Theorie bestätigte sich nun in der Untersuchung von Jochen Greiner und seinem Team.
Die Wissenschaftler analysierten das Nachglühen von 39 Gammastrahlenausbrüchen, wovon 20 optisch dunkel waren. Dafür setzten sie den Satellit Swift ein, der von seiner Umlaufbahn oberhalb der Erdatmosphäre Gammastrahlenausbrüche direkt nachweisen kann. Bei der Entdeckung einer Explosion übermittelt er ihre Position an erdgebundene Teleskope, welche die eigentliche Untersuchung durchführen. In diesem Fall handelte es sich um das Instrument GROND (Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector) am 2,2-Meter-Teleskop auf dem Berg La Silla in Chile. Das Gerät untersuchte das elektromagnetische Spektrum des Nachglühens vom Röntgen- bis in den Nahinfrarotbereich.
Mit diesen umfassenden Messungen konnten die Forscher direkt die Menge an Staub bestimmen, die das Licht auf dem Weg zur Erde durchläuft und die das Nachglühen abschwächt. Mit zusätzlichen Beobachtungsdaten von anderen Teleskopen bestimmten sie zudem die Entfernungen der Ausbrüche. Daraus ergab sich, dass das Nachglühen durch den Staub auf 60 bis 80 Prozent seiner Helligkeit abeschwächt wird. Von sehr fernen Objekten erreicht nur noch 30 bis 50 Prozent des sichtbaren Lichts die Erde. Das erklärt sich durch die Rotverschiebung, die Tatsache, dass die Lichtwellenlänge von fernen Objekten durch die Expansion des Universums in das Rote verschoben wird. Das ursprüngliche Licht der explodierenden Sterne war also kurzwelliger. Dieses wird besonders stark von Staub gestreut, weswegen ein noch geringerer Anteil davon die Erde erreicht. Daraus folgt also, dass die meisten der optisch dunklen Gammastrahlenausbrüche gerade diejenigen sind, bei denen das Nachglühen im sichtbaren Licht komplett vom Staub verschluckt wurde, bevor es die Erde erreichen konnte.
Barbara Wolfart
Schreiben Sie uns!
Beitrag schreiben