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Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching

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Gammablitze - Signale vom Anfang der Welt

Gewaltiger war nur der Urknall

Gewaltiger war nur der Urknall

Seit rund 40 Jahren registrieren Astronomen im Gammastrahlenbereich unvermittelt am Firmament auftauchende Blitze. Vor zehn Jahren stellte sich heraus, dass es sich hierbei um die gewaltigsten Explosionen im Universum handelt. Seitdem hat sich das Forschungsgebiet dieser Gamma Ray Bursts so stürmisch entwickelt wie kaum ein anderes in der Astrophysik. Auf Schloss Ringberg trafen sich im Frühjahr 2007 auf Einladung des Garchinger Max-Planck-Institut für Astrophysik mehr als 50 Forscher, um über das Thema zu diskutieren.
Die Explosionswolke eines kurzen Gamma Ray Bursts in einer Aufnahme des 10-Meter-Keck-Teleskops. Das Objekt mit der Bezeichnung GRB050509b befindet sich an der Stelle S1. Bild vergrößern
Die Explosionswolke eines kurzen Gamma Ray Bursts in einer Aufnahme des 10-Meter-Keck-Teleskops. Das Objekt mit der Bezeichnung GRB050509b befindet sich an der Stelle S1. [weniger]

TEXT THOMAS BÜHRKE

Kurioserweise begann dieses Kapitel moderner Astrophysik mit einer Entdeckung des amerikanischen Militärs. In den 1960er-Jahren umkreisten Aufklärungssatelliten die Erde, um nach Gammastrahlung zu fahnden, die bei oberirdischen Atombombenversuchen frei wird. Einer dieser Späher registrierte 1969 tatsächlich einen Gammablitz. Allerdings war der nicht von der Erde gekommen, sondern aus dem Weltraum. Es folgten weitere Blitze dieser Art, was bald die Neugier einiger Astronomen weckte. Detaillierte Untersuchungen waren jedoch schwierig, weil die Erdatmosphäre die Gammastrahlung verschluckt. Man benötigte also im Weltraum stationierte Teleskope.

Die Lage änderte sich entscheidend, als 1991 die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA das Compton-Observatorium, an dem auch Physiker aus dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching beteiligt waren, in eine Erdumlaufbahn brachte. Das Ergebnis war absolut verblüffend: Etwa einmal pro Tag registrierte Compton irgendwo am Himmel einen kosmischen Blitz, wobei die Dauer zwischen einigen hundertstel Sekunden und wenigen Minuten variierte.

Für die Ursache gab es indes keinerlei Anhaltspunkte. Das Compton-Teleskop konnte die Positionen nämlich nur sehr ungenau festlegen: So war es nicht möglich, die Ausbrüche anschließend mit optischen Teleskopen aufzuspüren. Seither stellten die Astrophysiker mehr als hundert Theorien über die Natur der Bursts auf, bis hin zur – freilich nicht ganz ernst gemeinten – Idee explodierender Warp-Antriebe von Raumschiffen intelligenter Wesen.

Rettung brachte das italienischniederländische Weltraumteleskop BeppoSAX. Es konnte die Gammablitze genau lokalisieren und sandte automatisch die Himmelskoordinaten an ein Netzwerk von Astronomen, die ihre teilweise robotisch betriebenen Teleskope so schnell wie möglich auf die jeweils angegebene Stelle am Firmament ausrichteten. Auf diese Weise gelang es 1997 erstmals, im Bereich des sichtbaren Lichts das Nachleuchten von zwei Gamma Ray Bursts zu beobachten. Eine Spektralanalyse zeigte dann, dass diese Himmelskörper in Milliarden von Lichtjahren entfernten Galaxien steckten. Damit handelt es sich um die heftigsten Explosionen im Universum – nur der Urknall war gewaltiger. Der bisherige Rekordhalter mit der Bezeichnung GRB050904 war rund 13 Milliarden Lichtjahre entfernt. Wäre er in etwa 4000 Lichtjahren Abstand explodiert, hätte er am irdischen Firmament wenige Sekunden lang so hell gestrahlt wie unsere Sonne.

In einigen Fällen entdeckte man an der Stelle des Gammablitzes eine Supernova, gelegentlich sah man im späten Nachglühen Anzeichen dieser explodierenden Sterne. Danach setzte sich die Theorie durch, dass es sich um sehr massereiche, schnell rotierende Sterne handelt, die am Ende ihres Lebens bersten und zu einem Schwarzen Loch zusammenbrechen. Bei diesem Vorgang erhitzt sich die Materie bis auf mehrere hundert Milliarden Grad und schießt in zwei gebündelten Strahlen entlang der Rotationsachse ins All, die wie zwei gewaltige Scheinwerfer Gammastrahlung aussenden. Sobald die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortrasenden Teilchen auf umgebende Materie stoßen, heizt diese sich auf und leuchtet dann auch im Röntgenbereich und im sichtbaren Licht.

Ein Teleskop nimmt das Nachglühen ins Visier

Diese Feuerbälle wurden mit den irdischen Teleskopen beobachtet. Da die Sternexplosionen noch heftiger sind als normale Supernovae, nannte man sie Hypernovae. „Wir vermuten, dass unter mehreren hundert Supernovae nur eine Hypernova auftritt“, sagt Thomas Janka vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, der den Ringberg-Workshop mit organisiert hat.

Die Erfolgsgeschichte von Compton begann 1991. Bis zu seinem Absturz neun Jahre später entdeckte der Satellit mehr als 2700 Gamma Ray Bursts. Bild vergrößern
Die Erfolgsgeschichte von Compton begann 1991. Bis zu seinem Absturz neun Jahre später entdeckte der Satellit mehr als 2700 Gamma Ray Bursts. [weniger]

Damit schien ein Jahrzehnte altes Rätsel der Astrophysik endlich geklärt zu sein. Doch wie so oft in der Himmelsforschung kam es wieder anders: Schon mit dem Compton-Teleskop hatten die Astronomen bemerkt, dass es offenbar zwei Klassen von Gamma Ray Bursts gibt: lange Ausbrüche, die bis zu mehrere Minuten dauern können, und kurze mit einer Dauer bis zu etwa drei Sekunden. Letztere machen immerhin ein Drittel aller Bursts aus. Sie verlöschen aber so rasch, dass es jahrelang nicht möglich war, deren Nachglühen mit optischen Teleskopen aufzufinden. Das änderte sich mit dem im November 2004 gestarteten amerikanischen Weltraumteleskop Swift, das für diesen Forschungsbereich den Beginn einer neuen Ära bedeutete. In den beiden Jahren nach seiner Inbetriebnahme hat sich die Anzahl der Veröffentlichungen zu Gamma Ray Bursts vervierfacht. Wie Projektleiter Neil Gehrels von der NASA auf Schloss Ringberg berichtete, kann dieses Instrument im günstigsten Fall die Astronomen innerhalb von 15 bis 20 Sekunden per E-Mail oder SMS alarmieren.

 
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