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Gammastrahlenblitze (Englisch: Gamma-Ray Bursts, GRBs) sind kurze,
hochenergetische Ereignisse im Gammastrahlenbereich, die an jeder
Stelle am Himmel auftreten können und von fatalen Sternkatastrophen
stammen. Die Dauer dieser Blitze reicht im Gammastrahlenbereich von
wenigen Millisekunden bis zu über einer halben Stunde und sie sind so
hell, dass sie bis zum Rand des uns bekannten Universums beobachtet
werden können. Da die Erdatmosphäre nicht für Gammastrahlen
durchlässig ist, können GRBs nur mit Gammadetektoren an Bord von
Satelliten, z.B. des Swift-Satelliten der NASA, detektiert werden.
Beobachtungen von erdbasierten Teleskopen haben gezeigt dass die
Blitze im Gammabereich von Emissionen bei optischen, infraroten bis
hinunter zu Radiowellenlängen begleitet werden. Dieses
“Nachglühen” (Englisch: “Afterglow”) wird von
Synchrotronstrahlung hervorgerufen, welche entsteht, wenn sich
ultrarelativistische (Geschwindigkeiten von mehr als 99% der
Lichtgeschwindigkeit), elektrisch geladene Teilchen in starken
Magnetfeldern bewegen und dabei Photonen aussenden.
Am 1. Weihnachtsfeiertag 2010 registrierte Swift einen sehr speziellen
Gammablitz, GRB 101225A, den die Wissenschaftler wegen des Datums
seiner Entdeckung auch “Weihnachtsburst” getauft
haben. Dieser GRB dauerte über eine halbe Stunde, länger als fast alle
bisher detektierten GRBs. Die Emission in Wellenlängen unterhalb des
Gammabereichs war nicht - wie bei allen bisherigen GRBs - von
Synchrotronstrahlung dominiert, sondern zeigte ein klassisches
Schwarzkörperspektrum, also Wärmestrahlung.
Eine internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von
Christina Thöne vom Astrophysikalischen Institut Andalusiens (IAA
— CSIC in Granada, Spanien) hat soeben einen Artikel in der
Fachzeitschrift Nature veröffentlicht, in dem sie die Physik dieses
ungewöhnlichen Ereignisses studieren. Die Kollaboration umfasste auch
Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Astrophysik, die zur
theoretischen Interpretation der Daten und der Entwicklung eines
plausiblen Modells beitrugen. Gestützt auf eine große Anzahl von
Beobachtungen schlägt das Team ein neues Szenario vor, um diesen
exotischen Sternentod zu erklären. Die zwei populärsten Modelle für
GRBs waren bisher der Kollaps eines massereichen Sterns (für GRBs mit
mehr als 2s Dauer im Gammastrahlenbereich) und die Verschmelzung von
zwei kompakten Objekten (für Objekte mit weniger als 2 Sekunden
Dauer). Der Weihnachtsburst mit seinen seltsamen Eigenschaften
benötigt jedoch ein neues, drittes Modell.
In diesem Modell gehen die Wissenschaftler davon aus, GRB 101225A sei
das Ergebnis der Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem
Riesenstern im späten Entwicklungsstadium, der in seinem Kern bereits
zum Heliumbrennen übergegangen ist. Während sich der Neutronenstern
dem Riesenstern nähert und schließlich in dessen Atmosphäre eintritt,
wird ein Großteil der Wasserstoff- und Heliumhülle des Riesensterns
abgestoßen. Bei der endgültigen Verschmelzung des Neutronensterns mit
dem Kern des Riesensterns entsteht eine Akkretionsscheibe und ein
GRB-artiger ultrarelativistischer Jet, der jedoch durch die
Wechselwirkung mit der zuvor ausgestoßenen Sternhülle thermalisiert
wird. Diese Wechselwirkung führt zu dem beobachteten
Schwarzkörperspektrum aus heißem Gas, das von 1 Million Kelvin direkt
nach dem GRB bis auf 5000K drei Wochen später abkühlte.
Etwa 10 Tage nach der Explosion entwickelt sich außerdem eine schwache
Supernova-Komponente, die 40 Tage nach dem GRB ihr Maximum erreicht
und die nachlassende Schwarzkörperstrahlung dominiert. Dabei dürfte es
sich um eine Typ Ic-Supernova in einer Entfernung von ca. 5.5
Milliarden Lichtjahren (Rotverschiebung z~0.3) handeln.
Die hohen Geschwindigkeiten und die Dichte des Materials erschweren
die Beobachtung eines solchen Objekts in extremen Entfernungen, wie es
bei GRBs normalerweise möglich ist. Dies könnte erklären, warum ein
solches Objekt erst jetzt entdeckt wurde.
Originalveröffentlichung:
Thöne et al.,
"The unusual gamma-ray burst GRB 101225A from a helium star/neutron
star merger at redshift 0.33",
 Nature, 480, (issue 7375), 72-74 (2011)
Kontakt:
Dr. Hannelore Hämmerle
Pressesprecherin
Max-Planck-Institut für Astrophysik
Tel.: +49 89 30000-3980
Email: pr mpa-garching.mpg.de
Dr. Christina C. Thöne
Wissenschaftlerin
IAA - CSIC
Tel.: +34 958 230 612
Email: cthoeneiaa.es
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