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Gammablitz mit verblüffendem Ursprung

Astronomen detektieren kürzesten Gammastrahlenausbruch einer Supernova

Supernova
Typischerweise stammen lange Gammastrahlenausbrüche von Supernovae Doch es gibt offenbar Ausnahmen. © Gemini Observatory/NOIRLab/ NSF/AURA /J. da Silva

Überraschend anders: Astronomen haben einen kosmischen Gammablitz detektiert, der nicht ins Schema passt. Denn dieser Ausbruch war zwar kurz genug, um von einer Neutronenstern-Kollision zu stammen. Doch sein Nachglühen zeigte alle Merkmale einer Supernova. Diese jedoch erzeugen typischerweise viel längere Gammastrahlenausbrüche. Daher könnte es sich um einen zuvor unerkannten Typ von „abgewürgten“ Supernova-Gammablitzen handeln, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ berichten.

Gammastrahlenausbrüche gehören zu den energiereichsten Phänomenen im Kosmos. Innerhalb weniger Sekunden können sie so viel Strahlung freisetzen wie unsere Sonne in ihrer gesamten Lebenszeit. Gängiger Theorie nach gibt es dabei zwei Sorten dieser Gamma-Ray Bursts (GRB): Kurze Blitze von weniger als zwei Sekunden Dauer entstehen wahrscheinlich durch die Kollision von Neutronensternen. Lange Ausbrüche von teils mehreren Minuten Dauer werden dagegen vom Kollaps besonders massereicher Sterne ausgelöst.

Ultrakurz, aber sehr stark

Doch inzwischen haben Astronomen einen Gammablitz eingefangen, der nicht in dieses Schema passt. GRB 200826A wurde am 26. August 2020 zuerst von der Raumsonde Mars Odyssey, dann vom Fermi-Satelliten der NASA und weiteren Satelliten des InterPlanetary Network detektiert. Der Gammablitz hielt demnach weniger als eine Sekunde an, war aber extrem energiereich. Er kam aus einer 6,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie.

„Der Ausbruch emittierte 14 Millionen Mal so viel Energie wie die gesamte Milchstraße in dieser Zeitspane freisetzt“, berichtet Tomas Ahumada von der University of Maryland. Damit war dieser Gammablitz einer der energiereichsten kurzen Gammastrahlenausbrüche, die je beobachtet wurden, wie die Astronomen erklären. Auf den ersten Blick erfüllte GRB 200826A damit die Kriterien für einen kurzen, von einer Neutronensternkollision verursachten Gammablitz.

Diskrepanz im Nachglühen

Doch als die Astronomen das Nachglühen des Ausbruchs mit verschiedenen Teleskopen näher untersuchten, zeigte sich Überraschendes: Die Strahlenemissionen im Röntgen-, Infrarot- und Radiobereich passten nicht zu einer Kollision. Stattdessen zeigten sie typische Merkmale einer Supernova: „Wenn der Ausbruch durch einen Sternenkollaps verursacht wurde, dann müsste die Strahlung nach dem Verblassen des Nachglühens wieder heller werden“, erklärt Koautor Leo Singer vom Goddard Space Flight Center der NASA.

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Genau dieses Wiederaufflammen zeigte sich in Infrarot-Aufnahmen des Gemini-North-Teleskops auf Hawaii. In ihnen entdeckten die Astrononen auch einen verräterischen Lichtpunkt, der anfangs noch nachweisbar war, später aber nicht. Sie interpretieren dies als das letzte Aufleuchten einer Sternexplosion.

Kürzester Gammablitz von einer Supernova

Das aber bedeutet: GRB 200826A ist der kürzeste Gammablitz einer Supernova, der je detektiert worden ist. „Dieser Gammastrahlenausbruch ist besonders, denn es ist definitiv ein kurzer Ausbruch, aber seine restlichen Merkmale deuten auf seinen Ursprung in einem kollabierenden Stern hin“, sagt Bin-bin Zhang von der Universität Nanjing. „Damit wissen wir nun, dass auch sterbende Sterne solche kurzen Gammablitze erzeugen können.“

Die Astronomen vermuten, dass es sich dabei um frühzeitig abgewürgte Gammastrahlenausbrüche handelt: Die im kollabierenden Sternenkern freigesetzten Strahlenjets sind nicht stark genug, um das äußere Sternenmaterial während des gesamten Kollaps-Prozesses zu durchdringen. „GRB 200826A war auf der Schwelle zwischen einem erfolgreichen und einem ganz gescheiterten Gammastrahlenausbruch“, sagt Ahumada. Wäre der Stern nur etwas massereicher oder der Jet etwas schwächer gewesen, wäre kein Gammablitz entstanden.

Was den Gammablitz GRB 200826A so besonders macht.© NASA/GSFC

Bisherige Klassifikation in Frage gestellt

Nach Ansicht des Forschungsteams könnte dies erklären, warum Astronomen so viel mehr kurze Gammablitze beobachten als lange – obwohl es eigentlich genug GRB-trächtige Supernovae gäbe: Einige schaffen nur ein kurzes Aufleuchten wie bei GRB 200826A, bei anderen kann der Strahlenjet die äußere Sternenhülle gar nicht durchdringen. Die Länge verrät demnach noch nicht, wie ein Gammastrahlenausbruch entstanden ist.

Kosmische Gammablitze allein nach ihrer Dauer zu klassifizieren, wie bisher üblich, sei daher wahrscheinlich wenig sinnvoll, so das Team. (Nature Astronomy, 2021; doi: 10.1038/s41550-021-01428-7; doi: 10.1038/s41550-021-01395-z)

Quelle: NASA, NOIRLab

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