Gammablitz
Gammastrahlenausbrüche (Gamma-Ray Bursts, GRBs) sind Gammastrahlenblitze aus extrem energiereichen Explosionen. Man hat sie in fernen Galaxien gesehen. Sie sind die leuchtendsten elektromagnetischen Ereignisse, die im Universum bekannt sind.
Ausbrüche können von Millisekunden bis zu mehreren Minuten dauern, obwohl ein typischer Ausbruch einige Sekunden dauert. Auf den anfänglichen Burst folgt gewöhnlich ein länger andauerndes "Nachleuchten", das bei längeren Wellenlängen (Röntgen-, Ultraviolett-, sichtbares Licht, Infrarot- und Radiowellen) ausgestrahlt wird.
Die meisten GRBs sind ein schmaler Strahl intensiver Strahlung, der während einer Supernova freigesetzt wird, wenn ein riesiger, schnell rotierender Stern kollabiert und ein Schwarzes Loch bildet. Eine Unterklasse von GRBs (die "kurzen" Ausbrüche) scheinen aus einem anderen Prozess zu stammen, vielleicht aus der Verschmelzung von Doppel-Neutronensternen.
Die Quellen der meisten GRBs sind Milliarden von Lichtjahren von der Erde entfernt. Dies lässt vermuten, dass die Explosionen extrem energiereich sind: Ein typischer Ausbruch setzt in wenigen Sekunden so viel Energie frei, wie die Sonne in ihrer gesamten Lebensdauer von 10 Milliarden Jahren freisetzt. Sie sind sehr selten (einige wenige pro Galaxie pro Million Jahre).
Alle beobachteten GRBs kamen von außerhalb der Milchstraßengalaxie. Ähnliche Phänomene, weiche Gamma-Repeater-Flares, werden mit Magnetaren innerhalb der Milchstraße in Verbindung gebracht. Es wurde vermutet, dass ein Gammastrahlenausbruch in der Milchstraße zu einem Massenaussterben auf der Erde führen könnte. Ein solcher Fall ist nicht bekannt.
Illustration des Künstlers eines hellen Gammastrahlenausbruchs, der in einer Sternentstehungsregion auftritt. Die Energie der Explosion wird in zwei schmale, entgegengesetzt gerichtete Jets gebündelt.
Geschichte
Gammastrahlenausbrüche wurden erstmals in den späten 1960er Jahren von den amerikanischen Vela-Satelliten beobachtet, die gebaut wurden, um Gammastrahlungsimpulse nachzuweisen, die von im Weltraum getesteten Kernwaffen ausgesendet werden.
Am 2. Juli 1967 um 14.19 Uhr UTC entdeckten die Satelliten Vela 4 und Vela 3 einen Gammastrahlungsblitz, der sich von jeder bekannten Kernwaffensignatur unterscheidet. Im Unklaren darüber, was geschehen war, aber ohne die Angelegenheit für besonders dringend zu halten, legte das Team des Los Alamos Scientific Laboratory die Daten zur Untersuchung ab.
Durch die Analyse der unterschiedlichen Ankunftszeiten der von verschiedenen Satelliten erfassten Ausbrüche konnte das Team grobe Schätzungen für die Himmelspositionen von sechzehn Ausbrüchen12-16 bestimmen und einen terrestrischen oder solaren Ursprung definitiv ausschließen. Die Entdeckung wurde 1973 veröffentlicht.
Positionen aller während der BATSE-Mission entdeckten Gammastrahlenausbrüche am Himmel. Die Verteilung ist zufällig, ohne Konzentration auf die Ebene der Milchstraße, die horizontal durch die Bildmitte verläuft.
Lange Gammastrahlenausbrüche
Die meisten beobachteten Ereignisse dauern länger als zwei Sekunden und werden als lange Gammastrahlenausbrüche klassifiziert. Sie sind viel detaillierter untersucht worden als ihre kurzen Pendants. Fast jeder gut untersuchte lange Gammastrahlenausbruch wurde mit einer sich schnell entwickelnden Sternengalaxie und in vielen Fällen auch mit einer Supernova mit Kernkollaps in Verbindung gebracht. Dies verbindet lange GRBs mit dem Sterben massereicher Sterne. Lange GRB-Nachglühbeobachtungen bei hoher Rotverschiebung (große Entfernungen) deuten ebenfalls darauf hin, dass GRBs ihren Ursprung in Sternentstehungsgebieten haben. Dies liegt daran, dass die Beobachtung ferner Galaxien ein Rückblick in die Zeit auf Galaxien in einem früheren Stadium ist.
Energetik
Gammastrahlenausbrüche gelten als hochfokussierte Explosionen, bei denen sich der Großteil der Explosionsenergie in einem engen relativistischen Strahl mit Geschwindigkeiten von über 99,995% der Lichtgeschwindigkeit bewegt.
Die ungefähre Winkelbreite des Strahls (d.h. der Grad der Abstrahlung) kann direkt durch Beobachtung von "Strahlbrüchen" in Nachglühlichtkurven abgeschätzt werden: eine Zeit, nach der das langsam abklingende Nachglühen plötzlich zu verblassen beginnt, da der Strahl langsamer wird und seine Strahlung nicht mehr so effektiv abstrahlen kann. Die Beobachtungen deuten auf eine signifikante Variation des Strahlwinkels zwischen 2 und 20 Grad hin.
Da ihre Energie stark gebündelt ist (sehr schmal), verfehlen die von den meisten Ausbrüchen ausgesandten Gammastrahlen die Erde und werden nie entdeckt. Wenn ein Gammastrahlenausbruch auf die Erde gerichtet wird, bewirkt die Fokussierung seiner Energie entlang eines relativ schmalen Strahls, dass der Ausbruch viel heller erscheint, als wenn seine Energie kugelförmig emittiert worden wäre. Wenn dieser Effekt berücksichtigt wird, beobachtet man bei typischen Gammastrahlenausbrüchen eine wahre Energiefreisetzung von etwa 1044 J oder etwa 1/2000 eines Sonnenmassenenergieäquivalents.
Dies ist vergleichbar mit der Energie, die in einer hellen Supernova vom Typ Ib/c (manchmal als "Hypernova" bezeichnet) freigesetzt wird. Sehr helle Supernovae wurden an der Position einiger der nächstgelegenen GRBs gesehen.
Fragen und Antworten
F: Was sind Gammastrahlenausbrüche?
A: Gammastrahlenausbrüche (GRBs) sind Gammastrahlenblitze, die durch extrem energiereiche Explosionen entstehen.
F: Wie lange dauern GRBs normalerweise?
A: GRBs können von Millisekunden bis zu mehreren Minuten dauern, ein typischer Ausbruch dauert jedoch nur einige Sekunden.
F: Was ist die Quelle der meisten GRBs?
A: Bei den meisten GRBs handelt es sich um einen schmalen Strahl intensiver Strahlung, die während einer Supernova freigesetzt wird, wenn ein riesiger, sich schnell drehender Stern kollabiert und ein schwarzes Loch bildet.
F: Woher kommen die meisten beobachteten GRBs?
A: Alle beobachteten GRBs stammen von außerhalb der Milchstraßengalaxie.
F: Wie viel Energie wird bei einem durchschnittlichen Ausbruch freigesetzt?
A: Ein typischer Ausbruch setzt in wenigen Sekunden so viel Energie frei wie die Sonne in ihrer gesamten Lebensdauer von 10 Milliarden Jahren.
F: Wie selten sind GRB-Ereignisse?
A: Sie sind sehr selten (ein paar pro Galaxie und Million Jahre).
F: Könnten Gammastrahlenausbrüche innerhalb unserer eigenen Galaxie eine Gefahr darstellen?
A: Es gibt Vermutungen, dass ein Gammastrahlenausbruch in der Milchstraße ein Massenaussterben auf der Erde verursachen könnte, aber es ist kein solcher Fall bekannt.
