Gammastrahlungsausbrüche: Mächtig und geheimnisvoll

Durch Forschungen mit der Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops konnten einige Geheimnisse um Gammastrahlungsausbrüche gelöst werden. Die Forscher sind auf eine sehr beruhigende Erkenntnis gestoßen: Ausbrüche dieser Art werden vermutlich nicht in unserer Milchstraße auftreten und die Erde damit nicht bedrohen.

Ein Beitrag von Claudia Michalecz. Quelle: NASA. Vertont von Karl Urban.

Gammastrahlungsausbrüche (Gamma Ray Bursts) sind mächtige Schübe mit hoher Energieausstrahlung. Manchmal treten solche Stöße geballter Energie bei speziellen Arten von Supernovae auf. Wenn die Erde von einem solchen Ausstoß gestreift werden sollte, wären die Auswirkungen möglicherweise sofort vernichtend für die Menschheit. Die Möglichkeiten reichen von der Zerstörung unseres Ozons in der Atmosphäre bis zu einem plötzlichen Klimawandel, welcher unser Leben komplett umstellen würde.

Mit solchen Bildern von Hubble arbeite Fruchtler um Gammastrahlenausstöße und ihre Ursachen zu erforschen.
(Bild: NASA, ESA, Andrew Fruchter (STScI))
Mit solchen Bildern von Hubble arbeite Fruchtler um Gammastrahlenausstöße und ihre Ursachen zu erforschen.
(Bild: NASA, ESA, Andrew Fruchter (STScI))

So katastrophal und erschreckend die Folgen klingen, geben Astronomen nun Entwarnung. Aus verschiedenen Hubbleforschungen wurden lange Ausbrüche (solche die länger als ein oder zwei Sekunden gedauert haben) herangezogen und analysiert. Die Ergebnisse haben sie beruhigt: Die Milchstraße scheint ein unwahrscheinlicher Ort für das Auftreten eines solchen Ausstoßes zu sein. Kleine, unruhige Galaxien, welche arm an schwereren Elementen wie Kohlenstoff und Sauerstoff sind, scheinen am ehesten dafür prädestiniert, dass ein Gammastrahlenausstoß stattfindet. Die Milchstraße dagegen ist reich an schweren Elementen.

Ausgehend von den Erkenntnissen über die Umgebung von Ausstößen hat eine Gruppe von Astronomen, unter der Leitung von Andrew Fruchtler, versucht herauszufinden, welche Arten von Sternen Gammastrahlungsausbrüche produzieren. Sie benutzten wiederum Hubble und erforschten die Umgebung von 42 lang anhaltenden Ausstößen und 16 Supernovae. Daraus ergab sich, dass eine kleine Fraktion der Ausstöße produzierenden Supernovae in sehr andersartigen Umgebungen existieren als eine durchschnittliche Supernova. Nur ein langer Ausstoß wurde in einer Spiralgalaxie ähnlich der Milchstraße entdeckt. Supernovae dagegen sind in Spiralgalaxien genauso zu finden wie in unregelmäßigen und in solchen mit großen Konzentrationen an schweren Elementen, genauso, wie in solchen mit einer geringen Konzentration.

Fruchters Team fand ebenso heraus, dass lange Ausstöße sich weit mehr in den hellsten Regionen ihrer Heimatgalaxien konzentrieren, wo die meisten massiven Sterne existieren. Supernovae dagegen sind überall in ihrer Heimatgalaxie verstreut. “Die Entdeckung, dass lang-dauernde Gammastrahlenausstöße in der hellsten Region ihrer Heimatgalaxie liegen, lässt vermuten, dass diese von den massivsten Sternen, um das 20-fache oder mehr massiver als unsere Sonne, ausgehen”, erklärte Fruchter. Daher dürften größere Gammastrahlenausstöße von massiven Sternen in unregelmäßigen Galaxien, welche einen Mangel an schweren Elementen aufweisen, erzeugt werden.

Daraus lässt sich schließen, dass lange Ausstöße in der Vergangenheit öfter aufgetreten sein müssen als heute. Damals hatten die Galaxien noch kein so großes Vorkommen an schweren Elementen, diese wurden erst im Verlauf der Evolution von Generationen von Sternen gebildet. Sterne, welche sich vor den schweren Elementen entwickelt haben, gibt es in Hülle und Fülle im Universum. Massive Sterne mit reichlich schweren Elementen sind vielleicht unfähig, Gammastrahlungsausbrüche zu erzeugen, weil sie vielleicht viel Masse durch den stellaren Wind auf ihrer Oberfläche verlieren, bevor sie kollabieren und explodieren. Wenn dies geschieht, hat der Stern nicht mehr genug Masse übrig, um die Vorbedingungen zu erfüllen, welche ein solches Phänomen einleiten würde.

Zeigt und erklärt die Entstehung von Gammastrahlenausstöße. 
(Bild: NASA and A. Feild (STScI))
Zeigt und erklärt die Entstehung von Gammastrahlenausstöße.
(Bild: NASA and A. Feild (STScI))

Astronomen glauben, dass Gammastrahlungsausbrüche durch rotierende, schwarze Löcher, welche von einer stellaren Explosion übrig geblieben sind, erzeugt werden. Die Energie vom Zusammenbruch des Sternenkerns würde entlang eines schmalen Jets ausgestoßen werden. Der Jet würde sich schließlich seinen Weg durch den Restposten des Sterns bahnen. Die Formation eines gelenkten Jets, welcher Energie um einen schmalen Leitfaden konzentriert, würde erklären warum die Ausstöße so mächtig sind. Wenn jedoch ein Stern zu viel Masse verliert, würde ein Neutronenstern zurück bleiben, kein schwarzes Loch, und dieser wäre nicht in der Lage, den Jet zu erschaffen. Wenn der Stern andererseits jedoch zu wenig Masse verliert bevor er zusammenbricht, kann der Jet sich seinen Weg nicht durch die Schichten des Sterns brennen. Es ist also sehr wichtig, dass nicht zu viel oder zu wenig Masse verloren geht.

Auch wenn die Astronomen nun ziemlich sicher sind, dass lange Ausstöße in der Milchstraße nicht passieren werden, können Ausstöße von kurzer Dauer immer noch auftreten. Diese Energieblitze dauern zwischen wenigen Millisekunden und etwa zwei Sekunden und produzieren eine sehr hohe, energiegeladene Strahlung. Von kurzen Ausstößen glaubt man, dass sie passieren, wenn zwei kompakte Objekte, wie zwei Neutronensterne, zusammenstoßen. Jedoch sind sie trotz ihrer Strahlung typischerweise im Großen und Ganzen um das 100- bis 1.000-fache schwächer als lange Ausstöße und würden das Leben in unserer Galaxie viel weniger beeinflussen, wenn sie auftreten.

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