Naher Gammablitz passt nicht ins Bild - Welt der Physik

Die stärksten Explosionen im Kosmos – kurzzeitige Ausbrüche hochenergetischer Gammastrahlung – stellen Astrophysiker vor ein Rätsel: Die Gamma- und Röntgenstrahlung, die ein solcher Gammablitz abgab, nahm synchron ab – entgegen dem bisherigen theoretischen Modell. Die Beobachtungen deuten nun darauf hin, dass sowohl die Gamma- als auch die Röntgenstrahlung dieselbe Ursache haben, so die Wissenschaftler der internationalen H.E.S.S.-Kollaboration im Fachblatt „Science“.

„Gammablitze sind Ausbrüche von Gamma- und Röntgenstrahlung, die von Quellen außerhalb unserer Milchstraße stammen“, erläutert Sylvia Zhu vom Forschungszentrum DESY, die an der Studie beteiligt ist. „Sie stehen im Zusammenhang mit dem Kollaps eines massereichen Sterns zu einem Schwarzen Loch.“ Ein Teil der dabei freigesetzten Energie treibt eine Stoßwelle an, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausbreitet und unter anderem Elektronen beschleunigt. Diese nahezu lichtschnellen Elektronen erzeugen dann einen nur wenige Sekunden andauernden Ausbruch der hochenergetischen Strahlung: einen Gammablitz.

Einen solchen Gammablitz registrierten am 29. August 2019 die Satelliten Fermi und Swift der NASA. Mit einer Entfernung von etwa einer Milliarde Lichtjahren zur Erde erwies er sich als ungewöhnlich nahe – die Strahlung der meisten Gammablitze benötigt dagegen durchschnittlich zehn Milliarden Jahre zu uns. Die deutlich geringere Entfernung ermöglichte es den Forschern, das Nachglühen des Gammablitzes, also die im Anschluss an den Ausbruch abklingende Röntgen- und Gammastrahlung, im Detail zu analysieren.

Teleskope messen die Signale von Gammablitzen

Mit den Spezialteleskopen des „High Energy Stereoscopic System“ H.E.S.S. in Namibia konnten die Astronomen das Nachglühen ungewöhnlich lange beobachten – bis zu drei Tage nach der eigentlichen Explosion. „Die Beobachtungen enthüllten eine verblüffende Ähnlichkeit der Röntgenkomponente und der sehr energiereichen Gammastrahlung im Nachleuchten“, sagt Zhu. Das ist für die Forscher überraschend, da man bislang annahm, dass die Gamma- und Röntgenstrahlung unterschiedlich entstünden: Nach der bisherigen Theorie tritt zunächst Röntgenstrahlung auf, wenn das starke Magnetfeld des entstehenden Schwarzen Lochs die schnellen Elektronen ablenkt. Treffen diese anschließend mit der Röntgenstrahlung zusammen, so die Annahme, entsteht die noch energiereichere Gammastrahlung.

Dieses Modell scheint nun infrage gestellt. Nicht nur, weil Gamma- und Röntgenstrahlung nach dem Strahlungsausbruch simultan schwächer werden, sondern auch weil das Spektrum der Gammastrahlung nahtlos an das der Röntgenstrahlung anknüpft. „Derart ähnliche spektrale und zeitliche Eigenschaften zu beobachten, würden wir bei getrennten Ursprüngen dieser Strahlungskomponenten nicht erwarten“, sagt der Forscher Dmitry Khangulyan von der Rikkyo-Universität in Tokio.

Um den physikalischen Prozessen auf die Spur zu kommen, die für die Entstehung der hochenergetischen Strahlung verantwortlich sind, braucht es nun weitere Beobachtungen. Der Ausbruch vom 29. August 2019 war uns besonders nah und ist deshalb bislang der einzige, bei dem das Nachglühen so lange und bis in einen so hohen Energiebereich zu beobachten war. Mit den bereits im Bau befindlichen Teleskopanlagen wie dem in den chilenischen Anden und dem auf La Palma entstehenden Cherenkov-Teleskop-Array CTA sollte es aber schon bald möglich sein, das Nachglühen auch deutlich weiter entfernter Gammablitze zu beobachten.

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