Ein Gammastrahlungsausbruch in spe

Etwa 8000 Lichtjahre von uns entfernt steht ein masse­reicher Stern kurz vor der Explosion. Zudem rotiert er so schnell, dass es zusätz­lich zu einem stark gebündelten Ausbruch von hoch­energe­tischer Gamma­strahlung kommen könnte. Darauf deuten zumindest die Beobach­tungen und Analysen eines Astronomen­teams aus den Nieder­landen, den USA und Australien hin. Damit wäre es den Forschern erstmalig gelungen, den Vorgänger­stern eines Gamma­strahlungs­ausbruchs aufzu­spüren – eine einmalige Gelegen­heit, dieses Endstadium masse­reicher Sterne detailliert zu beobachten.

Sterne der Spektral­klasse O besitzen die 15- bis 90-fache Masse der Sonne, sind bis zu einer Million mal leucht­kräftiger als die Sonne und haben eine Lebens­dauer von nur wenigen Millionen Jahren. Bevor sie als Supernova vergehen, durchlaufen sie ein als Wolf-Rayet-Stern bezeich­netes Stadium, das durch schnelle Sternwinde und hohe Massen­verlustraten gekenn­zeichnet ist. Seit langem vermuten Astro­nomen, bestimmte Wolf-Rayet-Sterne könnten die gesuchten Vorläufer von langen Gamma­strahlungs­ausbrüchen sein, also solchen, die länger als zwei Sekunden andauern.

Wenn sich solche Sterne nämlich in einem Doppel­system befinden, könnten sie durch die Wechsel­wirkung mit ihrem Partner extrem schnell rotieren. Durch diese Rotation würde der Kernkollaps, der zur Explosion führt, asym­metrisch verlaufen und zur der stark gebündelten Gamma­strahlung an den Polen der Supernova führen. Zwar sollten schnell rotierende Wolf-Rayet-Sterne häufig vorkommen, da die meisten masse­reichen Sterne Doppel­systeme bilden. Doch bislang gab es keine direkten Beobach­tungen eines solchen Systems und damit auch keine Möglichkeit, dieses Szenario zur Entstehung der Gamma­strahlungs­ausbrüche zu überprüfen.

Bis Joseph Calling­ham, damals als an der Univer­sity of Sydney, heute am Nieder­ländischen Institut für Radio­astronomie tätig, in Katalog­daten auf eine Stern mit ungewöhn­lichen Strahlungs­eigenschaften im Röntgen- und im Radio- und Infrarot­bereich stieß. Gemeinsam mit Kollegen beobachtete er das nach einer altägyp­tischen Gottheit Apep getaufte Objekt unter anderem mit dem Very Large Teleskop der Euro­päischen Südstern­warte. Die Beobach­tungen zeigten eine unge­wöhnliche Spirale aus Staub, die das Objekt umgibt – ein erster Hinweis darauf, dass es sich um ein Doppel­system handelt, dessen Orbital­bewegung für die Entstehung der Spiral­struktur verant­wortlich ist.

Spektroskopische Unter­suchungen identi­fizierten Apep als Wolf-Rayet-Stern – allerdings mit einer auffälligen Besonder­heit: Während der schnelle Sternwind mit einer Geschwin­digkeit von 3400 Kilometern pro Sekunde weht, strömt der Staub geradezu gemäch­lich mit lediglich 570 Kilometern pro Sekunde aus dem System heraus. Typischer­weise sind diese Geschwin­digkeiten bei Wolf-Rayet-Sternen jedoch nahezu identisch. Was also ist bei Apep anders? Callingham und seine Kollegen sehen eine extrem schnelle Rotation des Sterns als Ursache für die unter­schiedlichen Geschwindig­keiten. Die rasante Rotation könnte nämlich einerseits zur Entstehung eines schnellen polaren Winds führen und anderer­seits für einen erheblich lang­sameren äqua­torialen Wind sorgen, der Staub mit sich führt.

Zwar lässt dieses Modell noch eine ganze Reihe von Fragen unbe­antwortet. Aber die unter­schiedlichen Windge­schwindigkeiten zeigen in jedem Fall, dass es sich bei Apep und eine ungewöhn­liches Objekt handelt – möglicher­weise um den Vorläufer eines Gamma­strahlungs­ausbruchs. Irgendwann in den nächsten 100.000 Jahren dürfte Apep als Supernova explodieren – astro­nomisch gesehen nur ein Augenblick. Das Objekt wäre dann wochenlang der hellste Stern am Himmel. Vor der dabei eventuell frei werdenden gebün­delten Gamma­strahlung müssen sich die Menschen der Zukunft aller­dings nicht fürchten: Die Rotations­achse des Sterns und damit die Ausbreitungs­richtung der Strahlung weisen glücklicher­weise nicht auf die Erde.

Rainer Kayser
 

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  J. R. Callingham et al.: Anisotropic winds in a Wolf–Rayet binary identify a potential gamma-ray burst progenitor, Nat. Astron., online 19. November 2018; DOI: 10.1038/s41550-018-0627-5
• ASTRON, Niederländisches Institut für Radioastronomie, Dwingeloo, Niederlande

Weitere Beiträge

• P. A. Crowther: Physical properties of Wolf-Rayet stars, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 45, 177 (2007); DOI: 10.1146/annurev.astro.45.051806.110615
• S. E. Woosley & A. Heger: The progenitor stars of gamma-ray bursts, Astrophys. J. 637, 914 (2006); DOI: 10.1086/498500

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