Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

Sterne sind gewissermaßen atomare Öfen, in ihren Kernen wird aus Wasserstoff kontinuierlich Helium fusioniert. Bei einem Stern, der eine größere Masse als das etwa Achtfache unserer Sonne hat, führt das Ausgehen von Wasserstoff als Brennmaterial für das nukleare Fusionsfeuer unweigerlich zum Zusammenbruch. Bei einem solchen Kollaps entstehen Temperaturen, die hoch genug sind, dass durch Kernfusion auch schwere Elemente gebildet werden können, wie zum Beispiel Eisen, Kobalt, Nickel und Titan.

Auf den Zusammenbruch folgt eine Gegenbewegung, die letztlich in einer spektakulären Explosion, einer Supernova, endet. Vorher erbrütete Elemente werden dabei in den Weltraum geschleudert. Supernovae können dank der bei den enormen, bei der Explosion freiwerden Energiemengen so hell leuchten wie ganze Galaxien, im Unterschied zu letzteren aber nur für eine geringe Zeitspanne.

Nachdem das Explosionsleuchten nachgelassen hat, hängt die Leuchtkraft des übriggebliebenen Objekts von der Energie ab, die beim radioaktiven Zerfall von vorher erbrüteten und in der Explosion fusionierten Elementen entsteht. Beim radioaktiven Zerfall eines Elements entsteht Strahlung mit jeweils ganz bestimmten Frequenzen. An diesen Frequenzen lässt sich ablesen, um welche Elemente es sich handelt, die im konkreten Supernovaüberrest vorkommen, und vorher vom sterbenden, explodierenden Stern fort geschleudert wurden.

Die Supernova 1987A in einer Zwerggalaxie in der Nähe der Milchstraße, in der sogenannten Großen Magellanschen Wolke, konnte wegen des relativ geringen Abstands von der Erde (~166.000 Lichtjahre) im Februar 1987 sogar mit bloßem Auge beobachtet werden, als das erste von der Explosion ausgesandte Licht die Erde erreichte.

Zunächst, als die Sternexplosion sich am heftigsten darstellte, konnte das Vorhandensein von Elementen wie Calcium und Sauerstoff festgestellt werden. Diese Elemente kamen in den äußeren Schichten des Vorläufersterns vor. Nur wenig später ließ sich der radioaktive Zerfall von Material aus tieferen Schichten, nämlich von Nickel-56 zu Kobalt-56, und dessen weiterer Zerfall zu Eisen-56 beobachten.

Heute, nach über 1.000 Stunden, die das europäische Gammastrahlenteleskop Integral auf den Supernovaüberrest 1987A gerichtet war, ist man überzeugt, dass es dort auch reichlich Titan-44 gibt, das durch die von ihm ausgesandte hoch energetische Röntgenstrahlung mit Emissionslinien bei 67,9 keV und 78,4 keV auf sich aufmerksam macht. Die Menge des vermuteten Titan-44 hat nach Ansicht von Dr. Sergei Grebenev von der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau die Ausprägung des Supernovaüberrests in den letzten 20 Jahren maßgeblich beeinflusst.

Nach der Analyse der Daten von Integral sind die damit beschäftigten Astronomen sich sicher, dass die gesamte Menge an vorhandenem Titan-44, welche unmittelbar nach dem Kollaps des Kerns des Vorläufersterns von SNR 1987A entstanden ist, etwa 0,03 Prozent der Masse unserer Sonne beträgt. Dieser Wert liegt nahe von theoretisch ermittelten Vorhersagen und ist etwa doppelt so hoch wie der für die Menge des im Supernovaüberrest Cassiopeia A (Cas A) ermittelten Titan-44.

Dr. Grebenev, der seine Doktorarbeit über SNR 1987A geschrieben hat, hält die hohen Mengen von Titan-44 in Cas A und SNR 1987A für Ausnahmefälle, die Ergebnis einer asymmetrischen Geometrie der Supernovae sein könnten. Möglicherweise erfolgte die Bildung des Titan zu Lasten der Fusion schwererer Elemente.

Verwandte Quellen:

• Konrad Schmidt: Experimente zur Entstehung von Titan-44 in Supernovae

Der Beitrag Integral: Titan zerfällt in Supernovaüberrest 1987A erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA.

„Fermi hat uns einen tieferen und schärferen Blick auf den Gamma-Himmel ermöglicht als jede vorhergehende Weltraum-Mission“, sagte Peter Michaelson, leitender Wissenschaftler an der Stanford University (USA) für das Large Area Telescope (LAT) genannte Hauptinstument an Bord des Satelliten. „Wir haben Ausbrüche von Supermassiven Schwarzen Löchern in verschiedenen Galaxien beobachtet und sahen Pulsare, binäre Systeme mit großen Massen und sogar einen Kugelsternhaufen in unserer Galaxis.“ Ein Katalog mit den 205 hellsten Beobachtungsobjekten des LAT wurde soeben an The Astrophysical Journal gesandt.

LAT erfasst im Überblicksmodus, in dem es bisher die meiste Zeit gearbeitet hat, den gesamten Himmel innerhalb von nur 3 Stunden. Dadurch lassen sich auch schnell veränderliche Gammastrahlungsquellen feststellen und identifizieren. Zu den herausragenden beobachteten Objekten gehören in unserer Galaxis neben unserer Sonne der Doppelstern LSI+61 303, der aus einem massiven Stern und einem superdichten Neutronenstern besteht, der Pulsar PSR J1836+5925 und der Kugelsternhaufen NGC 104 im Sternbild Tukan (47 Tucanae), der von uns einen Abstand von 15.000 Lichtjahre hat. In den Tiefen des Weltalls gehören die Radiogalaxie NGC 1275, die aktiven Galaxien 3C 454.3 und PKS 1502+106, beide mehr als 6 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt, und der Quasar PKS 0727-115 zu den bevorzugten Untersuchungsobjekten.

Fermi wurde als Satellit GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) am 11. Juni 2008 von Cape Canaveral aus gestartet. Die wissenschaftliche Ausrüstung besteht zum einen aus dem Large Area Telescope, das ca. 16% der Himmelskugel mit einem „Blick“ erfassen kann. Das Aufnahmespektrum umfasst Gammastrahlung im Energiebereich von 30 MeV bis 300 GeV. Strahlungsquellen können mit einer Genauigkeit von einem Sechzigstel Grad festgestellt werden. Zum zweiten befindet sich der Gamma Burst Monitor (GBM) an Bord, der speziell für die Identifizierung von Gammastrahlenausbrüchen konstruiert wurde. Sechzig Tage nach dem erfolgreichen Start bekam der Satellit zu Ehren des Physikers Enrico Fermi seinen offiziellen Namen.

Die wissenschaftlichen Ziele der Mission liegen auf den Gebieten Dunkle Materie, Schwarze Löcher, neue Dimensionen, spezielle Relativitätstheorie, Neutronensterne, Gamma Ray Bursts und neuartigen Wechselwirkungen zwischen energiereichen Photonen. Am internationalen Projekt GLAST sind Institute in den USA, in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan und Schweden beteiligt.

Lesen Sie dazu unseren ausführlichen Artikel anlässlich des Starts:

• GLAST – Erfolgreich gestartet

Raumcon:

• Thread zu Gamma Ray Bursts

Der Beitrag Fermi: Erste Zwischenbilanz erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA.

Der Name FERMI wurde zur Ehrung Enrico Fermis (1901 – 1954) gewählt, einem Pionier in der Erforschung hochenergetischer Prozesse. In seiner Arbeit stellte er als Erster Theorien darüber auf, welche Prozesse kosmische Partikel auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen können. Damit legte er die Grundlage für das Verständnis der Phänomene, welche FERMI beobachten soll, z. B. Vorgänge in der Nähe schwarzer Löcher, Pulsare, Gammastrahlenausbrüche.

In den letzten beiden Monaten wurden die Instrumente des Satelliten aktiviert, überprüft und kalibriert. Aus den Beobachtungen dieser Phase wurden bereits umfangreiche großräumige Daten gewonnen. Der gesamte Himmel konnte innerhalb von 95 Stunden durch das LAT- Instrument (Large Area Telescope) erfasst werden, eine Leistung, welche mit dem

Compton Gamma-ray Observatory mehrere Jahre an Beobachtungen benötigte. Das GBM-Instrument (Gamma Burst Monitor) hat bereits 31 Quellen von plötzlichen Gammastrahlenausbrüchen aufgespürt.

ältere Meldungen

• GLAST – Erfolgreich gestartet (Beschreibung der Instrumente und Ziele)

Der Beitrag GLAST – Name bekannt gegeben: FERMI erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Maria Steinrück. Quelle: ESA.

Das International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (Integral), ein Gammastrahlenobservatorium der ESA, beobachtete einen seltenen Moment der Stille im galaktischen Zentrum. Die stärksten hochenergetischen Strahlungsquellen verstummten alle zum gleichen Zeitpunkt- ein Glücksfall für die Astronomen, da sie so schwächere Objekte untersuchen konnten.
Seit Februar 2005 beobachtet Integral das Zentrum der Milchstraße und seine unmittelbare Umgebung, den galaktischen Bulge. Durch die regelmäßigen Beobachtungen können Astronomen die ständigen Veränderungen an diesem Ort verfolgen.

Das Zentrum unserer Galaxie ist einer der dynamischsten Orte in der Milchstraße. Dort befindet sich ein riesiges schwarzes Loch, das als Sagittarius A* bezeichnet wird.

Integral beobachtet derzeit etwa 80 starke Energiequellen nahe dem galaktischen Bulge. Die meisten davon sind Röntgendoppelsterne. Diese bestehen, wie alle (physischen) Doppelsterne, aus zwei Sternen, die einander umkreisen. Jedoch ist einer der Sterne ein Weißer Zwerg, Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Wenn beide Sterne einander nahe genug sind, kann es passieren, dass der kollabierte Stern durch seine starke Anziehungskraft gasförmige Masse von dem normalen Stern zu sich zieht. Während dieses Gas um den kollabierten Stern kreist und ihm dabei immer näher rückt, erhitzt es sich so stark, dass es Röntgen- oder Gammastrahlung aussendet. Die Menge der Masse, die vom einen Stern auf den anderen übergeht, bestimmt die dann auch von Integral messbare Helligkeit.

Im April 2006 passierte es dann, dass alle starken Strahlungsquellen gleichzeitig verstummten. Hatte das eine bestimmte, ungeklärte Ursache? Erik Kuulkers, der Leiter des Galaktischen Bulge-Beobachtungsprogramm, schließt das aus: „All diese Quellen sind sehr variabel und es war nur Zufall oder eben reines Glück, dass sie während dieser Beobachtung ausfielen.“

Durch das Verblassen dieser Röntgendoppelsterne können die Astronomen neue Grenzwerte setzten, wie schwach deren Strahlung werden kann. Mit diesen Daten kann eine Reihe neuer Untersuchungen durchgeführt werden.

Wenn sich die normalen Röntgen- und Gammastrahlungsquellen verstecken, können noch schwächere Objekte beobachtet werden. Diese können weitere Röntgendoppelsterne sein, es kann sich jedoch auch um große Molekülwolken handeln, die mit den Überresten von Supernovae reagieren. Möglicherweise ließe sich auch schwache Strahlung, die vom massiven Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis ausgeht, entdecken.

Integral wird dieses Jahr seine Beobachtung des galaktischen Bulges fortsetzen. Die dabei gesammelten Daten werden auf der Homepage des Integral Science Data Centre (ISDC) veröffentlicht.

Links
Integral Science Data Centre

Der Beitrag Versteckspiel im galaktischen Zentrum erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: New Scientist.

Theorien dieser Art sind sehr schwer zu verifizieren. Eine neue Studie gibt jedoch Anlass zur Vermutung, dass diese versteckten Dimension Tausende von kleinen Schwarzen Löchern in unserem Sonnensystem entstehen lassen. Die Theorie könnte innerhalb weniger Jahre in der Umlaufbahn des Pluto getestet werden.

Schwarze Löcher verschiedener Größe, so eine Theorie, sind durch das Zusammenballen von Elementarteilchen innerhalb der ersten Sekunde nach dem Urknall entstanden. Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie sollten die kleinsten dieser Schwarzen Löcher bereits durch den Prozess der Hawking Strahlung verdampft sein.

Nach einigen alternativen Theorien, welche die Gravitation mit der Quantenmechanik (z. B. der String-Theorie) zu vereinigen suchen, könnten Schwarze Löcher immer noch existieren. Der Grund sind Theorien, die zusätzliche räumliche Dimensionen vorschlagen, in denen sich die Gravitationskraft anders verhält. Die Allgemeine Relativitätstheorie postuliert drei räumliche Dimensionen und die Zeit.

„Diese zusätzliche räumliche Dimension verändert die Geschwindigkeit, mit der ein Schwarzes Loch strahlt, die Verdampfung verlangsamt sich also deutlich“, sagt Charles Keeton, ein Physiker an der Rutgers University in New Jersey.

Keeton und sein Kollege Arlie Petters von der Duke University in North Carolina haben die Anzahl der noch existierenden Schwarzen Löcher errechnet und wie sie gefunden werden könnten.

Die Theorie die sie verwenden, sie nennt sich „Randall-Sundrum braneworld model“, geht davon aus, dass unser 3D-Universum in einem größeren Universum mit einer weiteren Dimension existiert.

Ihre Berechnungen basieren auf Schwarzen Löchern, von denen jedes nur die Masse eines kleinen Asteroiden besitzt. Angenommen diese Objekte besitzen ein Prozent der Masse der benachbarten Dunklen Materie – deren Existenz nur durch Gravitationswirkung auf normale Materie erkannt werden kann – dann könnten mehrere Tausend Schwarze Löcher in unserem Sonnensystem existieren. Und nicht nur das: „Die nächstgelegenen sollten sich innerhalb der Umlaufbahn des Pluto befinden“, sagt Keeton.

Die Forscher glauben, dass diese Schwarzen Löcher bald entdeckt werden. Ihre Anziehungskraft sollte das Licht in ihrer Nähe krümmen, so dass Licht das eine Seite des Schwarzen Lochs passiert länger unterwegs ist als das Licht auf der anderen Seite des Schwarzen Lochs. Dieser Zeitunterschied ist extrem klein, so dass die einzige Chance es zu messen in Lichtwellen besteht, deren Periode (die Zeit, in der das Licht eine Wellenlänge zurücklegt) kleiner ist als die durch das Schwarze Loch verursachte Verzögerung.

Das Licht der flüchtigen Gammastrahlenausbrüche (gamma ray burst, GRB) hat genau die richtige Periode für diesen Test. Die GRBs enthalten energiereiche Gammastrahlung, die wahrscheinlich durch den Tod oder den Zusammenstoß von sehr schweren Sternen erzeugt wird.

Das Licht, das auf verschiedenen Wegen das Schwarze Loch passiert, wird anschließend wieder zusammengeführt und zeigt ein Interferenzmuster. „Die Krümmung des Lichts durch das Schwarze Loch bringt das Energiespektrum durcheinander, so dass in einigen Bereichen viele Photonen auftreten und in anderen sehr wenige“, sagt Keeton.

Die zur Zeit betriebenen Teleskope können die Theorie nicht testen, da sie die dafür notwendigen hochenergetischen Gammastrahlen nicht beobachten können. Der NASA-Satellit GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope), dessen Start für August 2007 geplant ist, kann die Gammastrahlung jedoch beobachten. „Sollten wir das erwartete Signal sehen, dann wäre die nahe liegende Erklärung die Existenz winziger Schwarzer Löcher“, sagt Keeton.

Die Forscher müssten anschließend die Daten analysieren, um die Masse der Schwarzen Löcher zu ermitteln. „Ist diese unterhalb einer bestimmten Grenze, dann können wir daraus schließen, dass es Schwarze Löcher innerhalb der allgemeinen Relativität nicht geben kann, da sie inzwischen verdampft sind“, sagt Keeton.

„Wir glauben, dass wir eine genaue Vorhersage für eine astronomische Messung machen können, die dann eine Untersuchung der vierten Dimension ermöglichen würde.“

Der Beitrag Satellit für die vierte Dimension erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: NASA.

Swift ist ein weiteres Weltraumteleskop, aber dennoch das erste seiner Art: Ein Multi-Wellenlängen-Observatorium mit gleich drei einzelnen Teleskopen zur Beobachtung von Gammastrahlenblitzen und deren Nachglühen im Gammastrahlen-, Röntgen-, Ultraviolett- und optischen Bereich des Spektrums. Der Start musste mehrmals verschoben werden, aber nun ist Swift im Orbit und soll im Laufe des Januar betriebsbereit sein.

Gammastrahlenblitze sind extrem energiereiche und nur sehr kurz andauernde Ereignisse im Universum. Es wird vermutet, dass es sich bei ihnen oft um die „Geburtsschreie“ von Schwarzen Löchern handelt, entweder aufgrund von Implosionen sehr großer Sterne am Ende ihrer Lebenszeit oder aus der Kollision und Verschmelzung von Neutronensternen. Gammastrahlenblitze sind so hell wie eine Millarde Milliarden Sonnen – die größten bekannten Energieausbrüche überhaupt. Sie treten oft auf, aber weil sie innerhalb von Sekunden bis Minuten wieder vorbei sind und niemals an der selben Stelle noch einmal auftreten, war es bisher schwierig, sie zu beobachten.

Diesem Umstand sollen die drei Einzelteleskope von Swift gerecht werden:

– Das „Burst Alert Telescope“ (BAT) ist ein Weitwinkelteleskop, das ständig etwa ein Sechstel des Sternenhimmels überwacht und auf Gammastrahlenblitze wartet. Experten rechnen mit etwa 100 pro Jahr. Entdeckt das BAT einen solchen Blitz, berechnet es dessen Position und reicht sie sofort an die Bodenstation weiter, die sie wiederum der wissenschaftlichen Gemeinde zur Verfügung stellt. Gleichzeitig richtet sich automatisch der gesamte Satellit auf die Position des Blitzes aus, damit die anderen beiden Teleskope mit ihren engeren Beobachtungswinkeln zum Zuge kommen können.

– Das „X-Ray Telescope“ (XRT) beobachtet das Nachglühen des vom BAT entdeckten Gammastrahlenblitzes im Röntgenbereich und berechnet dessen Position mit größerer Genauigkeit.

– Das „UltraViolet/Optical Telescope“ (UVOT) ist das Pendant zum XRT für den ultravioletten und optischen Bereich.

Der Name „Swift“ (dt. flink, rasch) steht für die Fähigkeit des Observatoriums, sich schnell einem neuen Ziel zuwenden zu können, da es bei Gammastrahlenblitzen immer um Sekunden geht. Der für diesen Zweck optimierte, das heißt ausgesprochen leichtgewichtig und kompakt konstruierte Satellit soll diesen Vorgang innerhalb von 20 bis 75 Sekunden schaffen. Und um für die ca. 250 Millionen Dollar, die Swift gekostet hat, noch etwas mehr Gegenleistung zu erhalten als „nur“ Gammastrahlenblitz-Beobachtung, fertigt das BAT routinemäßig alle 5 Minuten eine Aufnahme im Röntgenbereich an und überträgt sie zur Erde. Innerhalb der nominellen Missionsdauer von zwei Jahren soll so der gesamte Sternenhimmel im Röntgenbereich neu kartiert werden, 20mal so genau wie bei der letzten derartigen Kartierung in den späten 1970er Jahren.

Swift ist eine Mission der NASA unter Beteiligung aus Italien (ISA) und Großbritannien (PPARC). Die Mission wird vom Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA gemanaget.

Der Beitrag Swift erfolgreich gestartet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: UniverseToday.

Swift soll Explosionen in weiter Ferne besser lokalisieren können. Solche Explosionen sind meist Geburtsstunden für schwarze Löcher, denn entweder haucht ein Stern sein Leben aus und wird zum schwarzen Loch oder es passiert etwas anderes was zu einem schwarzen Loch wird. Genau nach solchen Ereignissen soll Swift Jagd machen.

Diese eigenartigen Ausbrüche werden Gammastrahlen-Ausbrüche genannt und sind die intensivsten und gewaltigsten die im ganzen Universum bekannt sind. Sie produzieren mehr als hundert Milliarden Mal mehr Energie als die Sonne im gesamten Jahr und das in wenigen Millisekunden bis zu wenigen Minuten. Swift wurde so genannt weil er schnell und präzise seine Instrumente ausrichten kann, ähnlich einem schnellen Vogel der schnell seine Flugrichtung ändern kann. Dabei kann er im sichtbaren Licht, Infrarot-Bereich, Gammastrahlen-Bereich und Röntgenlicht erforschen und das bis zu wenigen Wochen ohne Pause. Das verspricht grandiose Ergebnisse. „Swift ist gerade das richtige Werkzeug um dieses Rätsel zu lösen“, ist Dr. Neil Gehrels, Swift Wissenschaftler vom NASA Goddard Space Center, zuversichtlich.

Das Burst Alert Telescope (BAT) wird auf Swift montiert sein und soll zwei bis drei neue Gammastrahlenquellen pro Woche ausfindig machen. Swift wurde nicht vom JPL der NASA gebaut sondern ausschließlich vom NASA Goddard Space Center von wo die Mission auch betreut wird. Swift scheint eine sehr erfolgsversprechende Mission zu sein und es wäre auch super könnte man endlich dieses Geheimnis lösen.

Der Beitrag Swift Satellit in Florida erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Michael Stein.

Es bedarf keiner hellseherischen Kräfte um Vorhersagen zu können, dass dieses Forschungsgebiet in den nächsten Jahren mit Hilfe von INTEGRAL eine Vielzahl neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse hervorbringen wird. Seit wann aber kann man eigentlich überhaupt von einer „Gammastrahlen-Astronomie“ sprechen? Welche Missionen waren die wichtigsten Vorläufer von INTEGRAL, welche neuen Erkenntnisse haben sie gebracht? Diese kurze Einführung in die Geschichte der Gammastrahlen-Astronomie soll darauf Antworten liefern.
 
Die Astronomen waren sich schon lange vor der ersten Beobachtung von kosmischen Gammastrahlen sicher, dass solche hochenergetische Strahlung im Weltall vorhanden sein müsste. Bereits Ende der 1940er und in den 1950er Jahren äußerten Wissenschaftler die Erwartung, dass verschiedene kosmische Prozesse unter anderem auch Gammastrahlen – also extrem energiereiche Photonen bzw. Licht-„Teilchen“ – produzieren würden. Zur Liste der Verdächtigen gehörten beispielsweise kosmische Prozesse wie die Anregung interstellarer Gaswolken durch die kosmische Strahlung oder Supernova-Explosionen. Bis zum Beginn der Raumfahrt Ende der 1950er bzw. Anfang der 1960er Jahre konnte die Gammastrahlung aus dem Weltall jedoch kaum nachgewiesen werden, da sie so gut wie vollständig von der Erdatmosphäre absorbiert wird. Die einzige direkte Nachweismöglichkeit bestand vorher in der Ausrüstung von Höhenforschungsballonen mit Messinstrumenten zur Registrierung von einfallender Gammastrahlung.
 
Satellitengestützte Beobachtungen
Das erste Gammastrahlen-Teleskop in einer Erdumlaufbahn befand sich an Bord des amerikanischen Satelliten Explorer XI, der am 27. April 1961 gestartet wurde. Verglichen mit INTEGRAL handelte es sich um ein sehr bescheidenes „Teleskop“, dennoch kann Explorer XI für sich in Anspruch nehmen, der erste speziell für die Erforschung der Gammastrahlung konzipierte Forschungssatellit gewesen zu sein. Der kleine Satellit entdeckte während seiner von Mitte Mai bis Anfang September 1961 andauernden Betriebsphase im Orbit insgesamt 22 Gammastrahlen-Ereignisse, die allerdings zusammen nur zu weniger als 100 vom Detektor an Bord des Satelliten registrierten Photonen führten! Die aufgefangene Gammastrahlung kam aus den verschiedensten Bereichen des Universums und stellte so etwas wie eine „kosmische Gammastrahlen-Hintergrundstrahlung“ dar – eine derartig diffuse Gammastrahlung hatten die am Projekt beteiligten Wissenschaftler auch erwartet und als Quelle dafür die bereits erwähnten Interaktionen der kosmischen Strahlung (hochenergetische geladene Partikel) mit interstellaren Gaswolken vermutet.
 
Der Anfang war nun also gemacht und die ersten, noch recht spartanischen Ergebnisse waren ermunternd, immerhin standen sie mit den vorhandenen theoretischen Überlegungen im Einklang. Im Jahr 1967 wurden von dem ebenfalls amerikanischen Satelliten OSO-3 die ersten Gammastrahlenemissionen in unserer Galaxie entdeckt. Dabei stellte sich heraus, dass die Strahlungsquellen entlang des galaktischen Äquators und dabei besonders rund um das Zentrum der Milchstraße konzentriert sind – ein eindeutiger Hinweis darauf, dass es im Zentrum unserer Galaxie nicht eben ruhig zugeht.

Die nächsten großen Schritte vorwärts brachten dann die beiden Satelliten SAS-2 und COS-B. Der amerikanische Gammastrahlensatellit SAS-2 konnte nach dem Start im November 1972 aufgrund eines Fehlers im Energieversorgungssystem nur bis Juni 1973 Daten liefern, während der erste europäische Gammastrahlen-Forschungssatellit COS-B von 1975 bis 1982 das Universum im Gammaspektrum beobachtete. Die beiden Satelliten lieferten die ersten wirklich detaillierten Karten des Weltalls in diesen Spektralbereich. Sie bestätigten die bereits vorher gemachte Beobachtung einer diffusen Hintergrundstrahlung im Gammastrahlenbereich und entdeckten eine Anzahl von punktförmigen Strahlungsquellen. Die geringe Auflösung der Instrumente machte meistens jedoch die Zuordnung der Gammastrahlenquellen zu einzelnen Sternen oder Sternensystemen unmöglich.
 
In die Zeit dieser beiden Forschungssatelliten fällt auch eine spektakuläre Entdeckung, die auf ganz anderem Wege gemacht worden ist. Beobachtungssatelliten des US-Militärs, die nukleare Explosionen anhand der dabei erzeugten Gammastrahlenblitze entdecken sollten, begannen Anfang der 1970er Jahre tatsächlich, solche Blitze aufzuzeichnen – nur kamen sie nicht von der Erde, sondern aus den Tiefen des Weltalls! Die Vela-Satelliten hatten als erste so genannte „Gamma Ray-Bursts“ (GRBs) beobachtet, sehr kurz aufblitzende Gammastrahlenexplosionen, die nach heutiger Vorstellung Resultat unvorstellbar energiereicher Ereignisse wie beispielsweise der Verschmelzung von Neutronensternen oder der Explosion von Hypernovae sind. (INTEGRAL soll in den nächsten Jahren dabei helfen, die vielen offenen Fragen rund um dieses Phänomen zu beantworten: Wie weit entfernt sind die GRBs, was genau sind die Ursachen etc.)
 
Bereits im Jahr 1977 verkündete die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA dann ihren Entschluss, ein Observatorium neuer Dimension für die Erforschung des Gammastrahlenuniversums zu bauen. Das Ergebnis war dann der Start des 17 Tonnen schweren Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) im Jahr 1991. Der Satellit war mit vier Instrumenten ausgestattet, die eine deutlich bessere Auflösung und Empfindlichkeit als alle Vorgänger aufwiesen. Bis zum Juni 2000, als der Satellit in einer von vielen Wissenschaftlern kritisierten Aktion von der NASA aufgrund des Ausfalls eines Gyroskops kontrolliert zum Absturz gebracht wurde, konnte das CGRO enorme Informationsmengen über die Vorgänge im so genannten „Violent Universe“ sammeln. (Die Bezeichnung des im Gammastrahlenspektrum zu beobachtenden Universums als „Violent Universe“ beruht auf der Tatsache, dass Gammastrahlen oft durch extreme Prozesse erzeugt werden – Kollisionen von Schwarzen Löchern oder Explosionen von Hypernovae sind nicht gerade ruhige, stetig verlaufende Vorgänge…)
 
Erdgebundene Beobachtung
Parallel dazu gibt es auch auf der Erde neue Observatorien, die mit Hilfe der so genannten Tscherenkow-Teleskope indirekt ebenfalls die kosmische Gammastrahlung beobachten können (ausführliche Informationen zu diesem Thema stehen in unserem Artikel über das H.E.S.S.-Projekt). Diese Teleskope nutzen die Tatsache aus, dass die enorm energiereiche kosmische Gammastrahlung beim Eintritt in die Erdatmosphäre mit den Atomen der Luft reagiert und dabei so genannte „Luftschauer“ entstehen, kaskadenartige Blitze, die Rückschlüsse über die auslösende Gammastrahlung zulassen. Obwohl mit dieser Methode wie gesagt nur indirekte Beobachtungen der Gammastrahlung möglich sind ist die Bestimmung der Richtung, in der sich die Strahlungsquelle befindet, dennoch mit überraschend hoher Genauigkeit möglich. Wenn voraussichtlich im Jahr 2004 die im Rahmen des HESS-Projektes gerade entstehende Teleskopanlage mit allen vier Spiegeln einsatzbereit sein wird, wird den Forschern eine wirkungsvolle Ergänzung zu satellitengestützten Systemen wie INTEGRAL zur Verfügung stehen.
 
Ausblick
Nun wird also INTEGRAL neue Kapitel im Buch der Gammastrahlen-Astronomie begründen. Angesichts der noch einmal gegenüber dem CGRO deutlich gesteigerten Leistungsfähigkeit und Empfindlichkeit können wir auf spannende und aufregende Entdeckungen hoffen, über die wir Sie auf Raumfahrer.net natürlich zeitnah informieren werden.

Verwandte Artikel:

• Das H.E.S.S.-Projekt

Der Beitrag Die Geschichte der Gammastrahlen-Astronomie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Dominik Mayer.

Trotz der vielen Teleskope und Observatorien, die über den ganzen Erdball verteilt sind, und obwohl wir mit immer neuen Satelliten immer mehr Geheimnissen auf den Grund gehen, wissen wir noch längst nicht alles über das All, das mit immer neuen faszinierenden Entdeckungen aufwartet. Der kürzlich gestartete Satellit Integral soll uns einen großen Schritt weiter bringen.

Sterbende Sterne
Ganz am Anfang gab es in unserem Universum nur die beiden Elemente Wasserstoff und Helium. Alle anderen wurden erst später gebildet. Die weniger massenreichen Sterne produzierten einen Großteil des Kohlenstoffs und alle schwereren Elemente wie Sauerstoff, Gold oder Eisen wurden in den größten Sternen geformt. Wenn sie ihre Reaktionsmaterialien komplett aufgebraucht haben, sterben diese großen Sterne in gewaltigen Explosionen, sogenannten Supernovae. Die Materie, die dabei mit immenser Wucht abgestoßen wird, ist die Grundlage für die Bildung neuer Himmelskörper. Jeder Mensch und alles um uns herum besteht aus diesen Restprodukten, den Elementen.

Natürlich werden bei diesen Explosionen auch radioaktive Elemente freigesetzt, die spezielle Gammastrahlung abgeben. Integral wird die Milchstraße nach Vorkommen von Aluminium 26 untersuchen. Da dieses Aluminium-Isotop eine Halbwertszeit von 1,1 Millionen Jahren hat, würde es beweisen, dass innerhalb der letzten Million Jahren Elemente produziert wurden.
Außerdem wird das Gammastrahlen-Observatorium die Lage kürzlich stattgefundener Supernovae bestimmen und vielleicht sogar neue entdecken. Das ist 1998 dem deutschen Satelliten ROSAT und dem Compton Gamma Ray Observatory der NASA gelungen. Sie entdeckten Titanium 44, welches ausschließlich in Supernovae gebildet wird und eine relativ kurze Lebenszeit hat. Daraus schlossen Forscher, dass innerhalb der letzten 900 Jahre eine Explosion in weniger als 700 Lichtjahren Entfernung stattgefunden haben muss.

Seltsame, komprimierte Objekte
Bei der Explosion einer relativ großen Sonne wird jedoch nicht die gesamte Materie weggestoßen, ein Teil davon kollabiert und wird zu einem sogenannten Neutronenstern, einem Stern mit der Masse unserer Sonne aber einem Durchmesser von lediglich 20 Kilometern. Dabei wird die Masse so stark zusammengepresst, das ein einziger Tropfen davon mehrere Millionen Tonnen wiegt.
Wird die maximale Masse von zwei bis drei mal der Masse unserer Sonne überschritten, verwandelt sich der Stern in ein Schwarzes Loch dessen Gravitation so stark ist, das nichts daraus entkommen kann, nicht einmal das Licht.

Die gewaltige Gravitation dieser Objekte beschleunigt die umliegenden Körper, welche dann aufgrund ihrer Geschwindigkeit Gammastrahlung produzieren. Integral wird diese Phänomene zum ersten Mal detailliert abbilden.
Nachdem am 27. August 1998 ein starker Gammastrahlenblitz von einem entfernten Neutronenstern mit starkem Magnetfeld, einem Magnetar, die Nacht taghell werden ließ, vermuten viele Wissenschaftler, dass es Millionen davon in der Galaxie gibt und erhoffen sich neue Erkenntnisse von Integral.

Riesige Schwarze Löcher
Es ist möglich, dass sich ein riesiges Schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße befindet. Auf alle Fälle sind dort die gammastrahlenreichsten Objekte unserer Galaxie, welche Integral analysieren wird.

Noch gewaltigere Prozesse spielen sich in den Zentren aktiver Galaxien und Quasare ab, in denen active galactic nuclei (AGN) so hell strahlen, dass sie die komplette Galaxie ausleuchten. Diese 1963 entdeckten Phänomene wurden nach den amerikanischen Wörtern „quasi“ (halb-) und „star“ (Stern) Quasare genannt und sind die hellsten Lichtquellen des Universums. Das Hauptproblem bei der Untersuchung ist, dass sie viele Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Da die elektromagnetische Strahlung aller AGNs jedoch in Abschnitten von weniger als einem Tag bis zu mehreren Monaten stark schwankt, müssen sie ein geringes Volumen haben. Astronomen vermuten, dass sich Schwarze Löcher im Zentrum dieser aktiven Galaxien und Quasare befinden. Von Zeit zu Zeit kommen unglaublich starke Jets aus diesen Löchern, die Partikel mit annähernd Lichtgeschwindigkeit auswerfen. Integral wir die Jets und AGNs untersuchen.

Mysteriöse gamma ray bursts
Etwa zweimal täglich entdecken Satelliten starke gamma ray bursts, die von einer Hundertstel Sekunde bis zu 90 Minuten andauern können. Über 20 Jahre lang wussten Forscher nicht, wie weit entfernt sich diese Explosionen abspielen können, bis der italienisch-holländische Satellit Beppo-SAX 1997 genaue Röntgenstrahlen-Messungen lieferte und eine präzise Erfassung des Ortes möglich machte.
Messungen mit unterschiedlichen Wellenlängen bestätigten, dass sich die Ausbrüche sehr weit entfernt abspielen und deshalb extrem stark sein müssen. Am 23. Januar 1999 entdeckten Forscher auf der ganzen Welt einen sichtbaren gamma ray bursts, während er noch hochenergetische Strahlung abgab. Es war die energiereichste Eruption aller Zeiten, mit einer Strahlung gleich der einer Million Galaxien.

Um festzustellen wo diese gewaltigen Energien herkommen – von Schwarzen Löchern, Neutronensternen oder den bisher nur in der Theorie vorhanden Hypernovae – braucht man erstklassige Instrumente. Diese befinden

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Autor: Karl Urban.

Integral – der Name erinnert an ein unangenehmes Gebiet der Mathematik, dies wird jedenfalls von vielen Schülern so empfunden. Doch es ist nicht die Integralrechnung sondern ein neues Weltraumteleskop der ESA gemeint.
 
Integral ist das weltweit leistungsstärkste Gammastrahlen-Observatorium und dürfte bisher unerreichte Beobachtungen von Himmelsobjekten erlauben, die im gesamten Universum am meisten Strahlung abgeben. Die Wissenschaftler am Integral-Projekt haben die Sonde so entworfen, dass diese simultan Gamma-, Röntgenstrahlung und sichtbares Licht dieser Objekte aufzeichnen kann, um den Astronomen auf der Erde breites Analysematerial zu liefern.

Viele Objekte im Universum strahlen von Zeit zu Zeit große Mengen von Energie in alle Richtungen ab. Urheber dieser Ereignisse sind Supernova-Explosionen, Schwarze Löcher und mysteriöse gamma ray bursts. Das neue Observatorium der ESA soll all diese Ereignisse erforschen und zudem viele andere Strahlungsquellen ans Licht bringen.
 
Sehr massereiche Sterne beenden ihr „Leben“ in großen Explosionen, den sogenannten Supernovae. Diese Ausbrüche setzen mehr Energie frei, als die geballte Strahlung von etwa einer Millionen Sterne. Der größte Teil davon ist Gammastrahlung. Neue chemische Elemente entstehen als Resultat dieser Explosionen. Aus diesem Grund gelten Sterne auch als Fabriken aller chemischen Elemente, außer Wasserstoff und Helium.
Nach der Supernova bleibt von dem Stern ein Objekt zurück, das von der ursprünglichen Masse des Sterns abhängig ist. Supermassereiche Sterne kollabieren schließlich zu einem Schwarzen Loch, dessen Gravitation alles in seiner Umgebung anzieht und ihm somit nicht einmal Licht entkommen kann. Die Materie fällt dabei ähnlich einem Strudel in das Schwarze Loch – je mehr sie sich ihm nähert, desto heißer wird sie durch die Reibung. Dies ist auch der einzige Moment, in dem vom Schwarzen Loch indirekt Strahlung ausgeht, die wir messen können.

Neben dem Studium dieser Objekte wird Integral außerdem die Gamma Ray-Bursts (GRBs) untersuchen, die häufig und überall im Universum aufblitzen – etwa einmal pro Tag. Sie dauern manchmal nur zwei Sekunden und können aus allen Richtungen des Alls kommen. Es gibt bis heute viele Theorien für die Entstehung der Bursts – Integral soll diese Frage eindeutig klären.
 
Nach dem Start wird Integral in einer elliptischen Bahn die Erde umkreisen – in einer Höhe zwischen 9.000 und 153.000 Kilometern. Dieser exzentrische Orbit ist wichtig, da der Strahlungsgürtel der Erde die Messungen beeinträchtigen könnte.
 
Es bleibt zu hoffen, das der Start Integrals erfolgreich verläuft und das Observatorium ebenso problemlos in Betrieb genommen werden kann. Es ist ein großer Schritt für die europäische Weltraumforschung – zumal dieses Projekt völlig unabhängig von anderen Organisationen außerhalb Europas entwickelt und finanziert wurde – sieht man einmal vom russischen Beitrag des Starts von Baiknonur aus ab.

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