Geheimnis dunkler Gammastrahlenausbrüche gelüftet

Das Licht optisch dunkler Ausbrüche wird vom Staub verschluckt.

Mittels des NASA-Satelliten Swift und des eigens für diesen Zweck gebauten GROND-Instruments konnten Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching das Geheimnis um die im visuellen Bereich dunklen Gammastrahlenausbrüche lüften. Deren Spektrum ist auf Grund ihrer großen Entfernung in das Infrarote verschoben, bzw. Staub absorbiert die Strahlung.

Gammastrahlenausbrüche, auf Englisch Gamma-Ray Bursts (GRBs), erscheinen ohne Vorwarnung und dauern zwischen Bruchteilen einer Sekunde und mehreren Minuten. Solche, die länger als zwei Sekunden dauern, bezeichnet man als lange Bursts. Diese stehen in Zusammenhang mit Supernovaexplosionen am Ende des Lebens massereicher und kurzlebiger Sterne in sternbildenden Galaxien. Vor dreizehn Jahren entdeckten Astronomen, dass diese gewaltigen Explosionen auch weniger energiereiche Strahlung erzeugen, die dafür über viel längere Zeiträume beobachtbar ist. Dieses „Nachglühen“ eines Gammastrahlenausbruchs kann mehrere Wochen bis Jahre andauern.

Abb.: Künstlerische Darstellung eines dunklen Gamma-Ray Bursts. (Bild: ESO / L. Calçada)

Während alle Ausbrüche ein Nachglühen im Röntgenbereich aufweisen, wird nur etwa bei der Hälfte von ihnen auch sichtbares Licht beobachtet. Die übrigen GRBs bleiben in diesem Spektralbereich unsichtbar. Einige Wissenschaftler vermuteteten daher, das optisch dunkle Nachglühen könne ein Anzeichen für die Existenz einer ganz neuen Art von Gamma-Ray Bursts sein. Andere Forscher gingen davon aus, dass diese dunklen GRBs in extrem großer Entfernung stattfänden. Vorangegangene Untersuchungen hatten bereits den Verdacht geweckt, dass kosmischer Staub, der sich zwischen dem Ort des Ausbruchs und der Erde befindet, das Nachglühen abschwächen könnte.

“Die Untersuchung des Nachglühens eines Gammastrahlenausbruchs [..] ermöglicht es uns, Zusammenhänge zwischen den Ausbrüchen und der Sternentstehung im frühen Universum zu erforschen“, erklärt Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching.

Ende 2004 wurde der NASA-Satellit Swift ins All gestartet. Von seiner Umlaufbahn oberhalb der Erdatmosphäre aus kann er Gammastrahlenausbrüche direkt nachweisen. Ist ein Ausbruch festgestellt, übermittelt der Satellit dessen Position am Himmel sofort an andere Teleskope, die daraufhin Ausschau nach dem Nachglühen halten. Für die jetzt veröffentlichte Studie haben Astronomen die Daten von Swift mit Beobachtungen mit dem GROND-Instrument auf La Silla in Chile verknüpft. Auf diese Weise gelang es den Forschern, das Rätsel des optisch dunklen Nachglühens zu lösen.

Entscheidend für die Untersuchung des Nachglühens ist, innerhalb von wenigen Minuten nach der Entdeckung eines Bursts durch Swift mit den Beobachtungen beginnen zu können. Die Kombination der durch GROND gewonnenen Daten mit den Swift-Beobachtungen ermöglichte es den Astronomen, das Nachglühen über weite Teile des elektromagnetischen Spektrums hinweg, von den Röntgenstrahlen bis zum Nahinfrarot, zu vermessen. Damit lässt sich direkt die Menge an Staub bestimmen, die das Licht auf dem Weg zur Erde durchlaufen hat und die das Nachglühen abschwächt. Bei früheren Untersuchungen hatten die Astronomen den Einfluss des Staubes nur grob abschätzen können.

Wie sich ergab, wird das Nachglühen bei einem nennenswerten Anteil von Ausbrüchen durch Staub auf etwa 60-80% der ursprünglichen Helligkeit abgeschwächt. Die Rotverschiebung sehr ferner Ausbrüche verstärkt diesen Effekt, so dass einen Beobachter auf der Erde lediglich noch 30-50% des Lichtes erreicht. Die Schlussfolgerung der Astronomen: Die meisten der optisch dunklen Gammastrahlenausbrüche sind diejenigen Ereignisse, bei denen das Nachglühen im sichtbaren Licht komplett vom Staub verschluckt wurde, bevor es uns erreichen konnte.

ESO / KK