Schockwellen in einem fernen Gammastrahlenausbruch

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine optische Aufnahme des Himmels der Umgebung einer lichtschwachen Galaxie (mit dem Fadenkreuz markiert), wo ein Gammastrahlenausbruch (GRB) im Jahr 2014 beobachtet wurde. Nachfolgende Untersuchungen des Ausbruchs und sein Nachleuchten haben gezeigt, daß er von einer Supernova – dem Untergang eines massereichen Sterns – ausgelöst wurde und sogar auch Anzeichen für Schockwellen zeigt, die eher in GRBs verschmelzender Doppelsterne entstehen.
Cano et al.

 

Gammastrahlenausbrüche (gamma ray bursts = GRBs) – Blitze hochenergetischen Lichts, die etwa einmal pro Tag, zufällig über den ganzen Himmel verstreut, auftreten – sind die hellsten Ereignisse im bekannten Universum. Ein Ausbruch ist viele Millionen Mal heller als eine ganze Galaxie. Astronomen sind bestrebt, die Natur der Gammastrahlenausbrüche zu enträtseln, nicht nur wegen ihrer spektakulären Energien, sondern auch angesichts ihrer ungeheuren Helligkeit, die es ermöglicht, sie über kosmologische Entfernungen und Zeiten hinweg zu sehen, und die aus diesem Grunde ein Fenster in das junge Universum liefern.

Allem Anschein nach gibt es zwei fundamentale Arten von GRBs: solche, die mit dem Untergang massereicher Sterne in Verbindung stehen und solche, von denen man vermutet, sie entstehen durch die Verbindung von zwei extremen Objekten (Neutronensterne oder schwarze Löcher), die sich in einem Binärsystem umkreist haben. Im Allgemeinen können die beiden Arten durch die Zeitspanne ihrer Ausbrüche unterschieden werden; die ersteren dauern länger als ein paar Sekunden, während die letzteren kürzer sind. Die Astronomen vermuten, daß ungeachtet der Unterschiede beide Arten von GRBs heiße Scheiben besitzen, die Material akkretieren, das zur Bildung von bipolaren Jets aus geladenen Teilchen führt, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Gemäß dem Standardmodell rufen im Inneren des Feuerballs gelegene Schockwellen die Gammastrahlung im ersten Fall (längere Zeitspanne) hervor, während Schockwellen durch die Wechselwirkungen der Jets mit dem außen gelegenen Medium den schlagartigen Ausbruch an Gammastrahlen im zweiten Fall erzeugen. Viele Einzelheiten sind bei beiden Ereignissen ähnlich, doch unterscheiden sich einige andere Einzelheiten in Abhängigkeit von der jeweiligen Art und die Astronomen haben versucht, diese verschiedenen Parameter einzugrenzen, sodaß sie die Herkunft jedes GRB genauer ausfindig machen können.

Eine Gruppe von Astronomen, darunter Raffaella Margutti vom CfA, verfolgte mit mehreren erdgebundenen Teleskopen einen GRB, der sich im Juni 2014 ereignete. Die Gruppe untersuchte das Nachleuchten im Zeitraum von etwa drei Tagen nach der Entdeckung bis ungefähr 120 Tage danach. Sie kommen zu dem Schluß, daß der Ausbruch mit dem Untergang eines massereichen Sterns (eine Supernova) in Zusammenhang steht, stellen aber fest, daß ein Teil seiner Strahlung allem Anschein nach von Schockwellen außerhalb des Feuerballs resultiert, Schockwellen, die in der Klasse der lichtschwächeren GRBs beobachtet werden. Die Resultate stehen in Einklang mit den Vorhersagen des Supernova-Modells, aber die Tatsache, daß dieses Objekt beide Klassen überspannt, verdeutlicht die Komplexität der sich bisweilen überkreuzenden physikalischen am Werk befindlichen Prozesse und die Bedeutung von Beobachtungen bei vielen Wellenlängen.

Literatur:
„GRB 140606B/iPTF14bfu: Detection of Shock-Breakout Emission from a Cosmological γ-Ray Burst?“
Zach Cano, A. de Ugarte Postigo, D. Perley, T. Kruhler, R. Margutti, M. Friis, D. Malesani, P. Jakobsson, J. P. U. Fynbo, J. Gorosabel, J. Hjorth, R. Sánchez-Ramírez, S. Schulze, N. R. Tanvir, C. C. Thöne, and D. Xu
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 452, 1535–1552 (2015)