Polarisation von Gammablitzen gemessen

Sie leuchten in großer Entfernung kurz und extrem hell auf: Rund einmal pro Tag können Astro­nomen Gamma­blitze aus den Tiefen des Alls beob­achten. Sie stoßen in wenigen Sekunden mehr Energie aus als die Sonne in Milli­arden von Jahren. Was jedoch ihr Ursprung ist, ist bis­lang noch weit­gehend unklar. Um in dieser Frage weiter­zu­kommen, hat ein inter­natio­nales Forscher­team jetzt den Polari­sa­tions­grad der Gamma­blitze gemessen. Die Ergeb­nisse zeigen: Gamma­blitze haben einen ver­gleichs­weise nied­rigen Polari­sa­tions­grad. Zudem beob­ach­teten die Forscher Hin­weise auf eine Ver­ände­rung des Polari­sa­tions­winkels über den Ver­lauf ein­zelner Gamma­blitze hinweg.

Die verschiedenen bisherigen Theorien zur Entstehung von Gamma­blitzen führen zur Vorher­sage ver­schieden hoher Polari­sa­tions­grade. Dabei kommen als Ursprung eines Gamma­blitzes unter anderem der Kollaps eines masse­reichen Sterns zu einem schwarzen Loch in Betracht, das Ver­schmelzen zweier Neutronen­sterne, eine spezi­elle Sorte Super­novae und eine Reihe ähn­lich energie- und masse­reicher Vor­gänge. Dank der neuen Daten werden sich wohl manche dieser Theorien zu den Ursprungs­mecha­nismen aus­schließen lassen, sagt Wojciech Hajdas vom Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz. Er war maß­geb­lich an der Ent­wick­lung des Instru­ments POLAR beteiligt, das die neuen Mess­daten geliefert hat.

POLAR ist ein hochmoderner Detektor, den Hajdas und sein Team am PSI gemein­sam mit Wissen­schaft­lern der Uni Genf und des chine­sischen Instituts für Hoch­energie­physik ent­wickelt hatten. Im Sep­tember 2016 war das Gerät an Bord der chine­sischen Raum­station Tiangong 2 beför­dert worden. Von dort aus hat POLAR die Photonen der Gamma­blitze mittels 1600 spezi­eller Kunst­stoff­stäbe auf­ge­fangen, weiter­ge­leitet und analy­siert. Der Flug ins All war ent­schei­dend für das Projekt, denn vom Erd­boden aus ver­hin­dert die Erd­atmo­sphäre eine genaue Messung des Polari­sa­tions­grads.

Sowohl das Konzept des POLAR-Detektorsystems als auch die Elek­tronik wurden maß­geb­lich am PSI ent­wickelt. Die Signal­aus­lese­module und der Zentral­computer von POLAR wurden dann am PSI her­ge­stellt und getestet. Zusätz­lich ent­wickelten die Forscher eine eigene Soft­ware für die Bearbei­tung der Daten. Um POLAR vor seinem Ein­satz zu kali­brieren, nutzten die Wissen­schaftler die Röntgen­strahlung der Synchro­tron-Strahlungs­quelle Schweiz SLS am PSI sowie der Euro­pean Synchro­tron Radia­tion Facility in Grenoble. Das Zürcher Unter­nehmen Art of Tech­no­logy fertigte die Netz­teile für POLAR an. An der Uni Genf wurden die Kunst­stoff­stäbe, die Mechanik sowie das Gehäuse gebaut und dann die Kompo­nenten von POLAR zusammen­gesetzt.

Insgesamt konnte POLAR mehrere Dutzend Ereignisse regis­trieren, von denen das inter­natio­nale Forschungs­team nun die fünf aussage­kräftig­sten Gamma­blitze aus­ge­wertet hat. Auf der virtu­ellen Platt­form PSI POLAR Data Center stellt das Team zudem die Daten aller regis­trierten Ereig­nisse der Forschungs­gemeinde zur Ver­fügung. Da etliche der von POLAR ver­messenen Gamma­blitze zusätz­lich von weiteren Detek­toren welt­weit beob­achtet wurden, dient die Platt­form unter anderem dazu, die unter­schied­lichen Daten­sätze abzu­gleichen.

PSI / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S.-N. Zhang et al.: Detailed polarization measurements of the prompt emission of five gamma-ray bursts, Nat. Astronomy, online 14. Januar 2019; DOI: 10.1038/s41550-018-0664-0
• Detectors, Irradiation and Applied Particle Physics, Laboratory for Particle Physics, Paul-Scherrer-Institut, Villigen, Schweiz