Erste bestätigte zurücklaufende Schockwelle in einem Gammastrahlenausbruch

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Die künstlerische Darstellung eines Gammastrahlenausbruchs, der gewaltigsten Explosion im Universum. Die Explosionen können sowohl nach außen als auch nach innen gerichtete Schockwellen erzeugen, wenn das herausgeschleuderte in das zirkumstellare Material einschlägt und Messungen eines Ausbruchs vom April 2013, die sich über Radio- bis Röntgenlicht erstreckten und während der kurzen Lebensspanne des Ausbruchs aufgenommen wurden, zeigen erstmals überzeugende Hinweise von den Auswirkungen der nach innen gerichteten Schockwelle. Gemini Observatory / AURA, artwork by Lynette Cook

 

Gammastrahlenausbrüche (GRB = gamma ray burst) sind die hellsten Ereignisse im bekannten Universum. Diese Blitze hochenergetischen Lichts treten etwa ein Mal am Tag, zufällig über den Himmel verteilt, auf. Während ein Ausbruch in Gange ist, strahlt er viele Millionen Mal heller als eine ganze Galaxie. Astronomen sind bemüht, die Natur der GRBs nicht nur auf Grund ihrer spektakulären Energien, sondern auch wegen ihrer gewaltigen Helligkeit zu enträtseln, denn dies läßt sie über kosmologische Entfernungen und Zeiten sichtbar werden und öffnet Fenster in das junge Universum.

Die etwas länger anhaltende Spielart des GRB wird mit dem Tod massereicher Sterne in Verbindung gebracht. Die Details dieser Ausbrüche sagen viel über die Natur der Vorläufersterne, die Struktur der Explosionsumgebung und die Zusammensetzung des ausgeworfenen Materials aus. Selbst nach Ende der Explosion erzeugt das energiegeladene, ausgeworfene Material ein Nachglühen, das untersucht werden kann, wenn die Teilchen in das zirkumstellare Material um den Vorläuferstern einschlagen. Bei Untersuchungen des Nachglühens findet man zwei Lichtsignale: ein Signal entsteht, wenn eine sich nach außen bewegende Schockwelle in das Material einschlägt und ein zweites Signal erscheint, wenn eine zurücklaufende, nach innen gerichtete Schockwelle (die „revers laufende“ Schockwelle) erzeugt wird (etwa wie eine Wasserwelle, die auf ein Hindernis trifft und dadurch eine zurücklaufende Welle hervorbringt). Die nach außen gerichtete und die zurücklaufende Schockwelle offenbaren unterschiedliche Einzelheiten der Katastrophe; die zurücklaufende, nach innen gerichtete Schockwelle ist eine besonders nützliche Meßsonde für Teilchengeschwindigkeiten in dem Ausbruch.

Obwohl in der Vergangenheit einige vielversprechende Anhaltspunkte auf eine zurücklaufende Schockwelle in der Strahlung gefunden worden sind, waren die Folgerungen nicht schlüssig, da ihnen eine klare Trennung der Strahlung in ihren nach außen und nach innen gerichteten Anteil fehlte. Beide Bestandteile strahlen über einen sehr großen Wellenlängenbereich, wobei jede der beiden Schockwellen durch eine deutliche Intensitätsspitze in einem anderen Wellenlängenband gekennzeichnet ist. Ein Problem bestand darin, daß Beobachtungen über die volle Bandbreite, vom optischen bis zum Radiolicht, nötig sind, um Fragen zu klären, es aber nur sehr wenig Zeit während eines Ausbruchs gibt, all die Daten zu sammeln.

Die Astronomen T. Laskar, E. Berger, B. Zauderer, R. Margutti, A. Soderberg, S. Chakraborti, R. Lunnan und R. Chornock vom CfA legen gemeinsam mit zwei Kollegen, P. Chandra und A. Ray, ausführliche Beobachtungen von einem Ausbruch vor, der sich am 27. April 2013 ereignete. Sie erlangten Daten von Radio- und Submillimeter-Wellenlängen bis zur infraroten, optischen, ultravioletten und Röntgenstrahlung und all das in dem kurzen Zeitraum von 0.67 bis 12 Tagen nach dem Ausbruch. Ihre sorgfältige Analyse belegt überzeugend das Signal einer nach innen gerichteten Schockwelle und bestimmt die charakteristische Geschwindigkeit des Auswurfs zu 99.997% der Lichtgeschwindigkeit – in der Tat sehr schnell. Diese Eckdaten bieten einen bisher einmaligen Blick auf die zurücklaufende Schockwelle, helfen theoretische Modelle zu stützen und zeigen die Leistungsfähigkeit eines genauen, bei mehreren Wellenlängen erstellten Modells von GRBs.

Literatur:
„A Reverse Shock in GRB 130427A“
T. Laskar, E. Berger, B. A. Zauderer, R. Margutti, A. M. Soderberg, S. Chakraborti, R. Lunnan, R. Chornock, P. Chandra, and A. Ray
The Astrophysical Journal, 776:119 (7pp), 2013 October 20