Gamma-Ausbrüchen auf der Spur

Gamma-Ausbrüchen auf der Spur

Seit fast 40 Jahren suchen die Astronomen nach einer Erklärung für die rätselhaften Gammastrahlungs-Ausbrüche, die nahezu jeden Tag sekundenlang am Himmel aufblitzen. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass Supernovae zumindest in einigen Fällen mit den Gamma-Ausbrüchen in Zusammenhang stehen. Doch wie die explodierenden Sterne die Gammastrahlen erzeugen, liegt immer noch im Dunkeln. Beobachtungen der Supernova 2003jd durch ein internationales Forscherteam bringt nun Licht in dieses Dunkel: Die Explosion von 2003jd war offenbar hochgradig asphärisch - und könnte demnach an ihren Polen stark gebündelte Jets erzeugt haben. Solche Jets wiederum können ihrerseits in gleicher Richtung gebündelte Gammastrahlen aussenden - also einen Gamma-Ausbruch auslösen. Die Erde wurde von diesem Ausbruch allerdings nicht getroffen, so die Forscher, da sie nahezu in der Äquatorebene der Supernova liegt.

Farbaufnahme der Supernova SN 2003jd in der 250 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie MCG-01-59-21. (Quelle: K.S. Kawabata )

Im Durchschnitt jeden Tag einmal trifft ein Schauer hochenergetischen Gammastrahlung die Erde. Den ersten derartigen Gamma-Schauer registrierten amerikanische Satelliten am 2. Juli 1967. Die Detektoren der Satelliten vom Typ Vela-4 sollten eigentlich die Einhaltung des Testverbots für Atomwaffen kontrollieren: Auch bei nuklearen Explosionen entsteht Gammastrahlung. Doch die empfangene Strahlung stammte nicht von einem Waffentest - sie kam aus dem Weltall und nicht von der Erde.

In den 1990er Jahren zeigten die Messungen des Compton-Satelliten, dass Gamma-Ausbrüche gleichmäßig am Himmel verteilt sind. Sie können ihren Ursprung demnach weder im Sonnensystem, noch in der Milchstraße haben, sondern es muss sich um Katastrophen in fernen Galaxien handeln. Inzwischen konnte in einigen Fällen am Ort eines Gamma-Ausbruchs das Nachglühen einer Supernova beobachtet werden. Doch die Erzeugung von Gamma-Ausbrüchen erfordert eine starke Bündelung wie etwa in den Plasmastrahlen, den so genannten Jets, von Schwarzen Löchern. Supernovae dagegen, so dachten die Astrophysiker zumindest bisher, sind mehr oder weniger sphärische Explosionen.

Unter besonderem Verdacht Gamma-Ausbrüche zu verursachen stehen bei den Forschern Supernovae vom Typ Ic. Bei ihnen handelt es sich um Sterne mit der 10- bis 100-fachen Masse der Sonne, die durch Wechselwirkung mit einem Partnerstern ihre äußere Hülle aus Wasserstoff und Helium verloren und den nuklearen Brennstoff in ihrem Zentrum verbraucht haben. Der Stern kollabiert dann zu einem Schwarzen Loch.

Das Team um Paolo Mazzali von der Sternwarte Triest hat deshalb bekannte Supernovae vom Typ Ic auf etwaige Asymmetrien hin untersucht. Bei der 2003 explodierten SN 2003jd wurden die Forscher fündig: Beobachtungen mit dem Subaru- und dem Keck-Teleskop zeigen, dass die Spektrallinien von neutralem Sauerstoff und Magnesium im Licht der Supernova doppelt erscheinen. Dieses Doppelprofil der Spektrallinien lässt sich nach Aussage von Mazzali und seinem Team erklären, wenn es sich bei SN 2003jd um eine asphärische, aber achsensymmetrische Explosion gehandelt hat, die wir von einer Position nahe der Äquatorebene aus betrachten.

Ein in Richtung der Polachse der Explosion gelegener Beobachter hätte dann einen Gammastrahlungs-Ausbruch beobachtet. Mazzali und seine Kollegen empfehlen nun Radiobeobachtungen von SN 2003jd, um so die Jets der Supernova nachzuweisen. Die Forscher rechnen außerdem damit, dass sich in den nächsten Jahren bei vielen weiteren Supernovae ein Zusammenhang mit Gamma-Ausbrüchen belegen lässt. Die Astronomen können also hoffen, die Entstehung dieses hochenergetischen Phänomens schon bald vollständig zu verstehen.

Rainer Kayser


Weitere Infos:

• "An Asymmetric Energetic Type Ic Supernova Viewed Off-Axis, and a Link to Gamma Ray Bursts", P. Mazzali et al., Science 308, 1284 (2005) 
• SUBARU-Teleskop: http://www.subarutelescope.org 
• Keck-Teleskop: http:// www2.keck.hawaii.edu 
• Sternwarte Triest: http://www.ts.astro.it 
• Gamma-Ray Bursts: Introduction to a Mystery (Nasa) http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/bursts.html

Weitere Literatur:

• G. R. Ricker, "Gamma-Ray Burst Astronomy: A Pre-Swift Status Review", American Astronomical Society, HEAD meeting #8, #18.06 (2004) 
• S. E. Woosley; A. Heger, "Supernovae, Gamma-Ray Bursts and Stellar Rotation (Invited Review)", Proceedings of IAU Symposium No. 215