Gammastrahlen-Bursts (GRBs) sind eines der energiereichsten Phänomene im Universum und auch eines der am wenigsten erforschten. Diese Energieexplosionen treten auf, wenn ein massereicher Stern in die Supernova geht und zwei Strahlen von Gammastrahlen aussendet, die Milliarden von Lichtjahren entfernt zu sehen sind. Da sie eng mit der Bildung von Schwarzen Löchern verbunden sind, waren Wissenschaftler bestrebt, dieses seltene Vorkommen genauer zu untersuchen.
Leider haben sich dafür nur wenige Möglichkeiten ergeben, da GRBs sehr kurzlebig sind (nur Sekunden dauern) und die meisten in fernen Galaxien aufgetreten sind. Dank der Bemühungen mit einer Reihe von Teleskopen konnten Astronomen bereits im Januar 2019 einen GRB (als GRB 190114C bezeichnet) erkennen. Ein Teil der Strahlung dieses GRB war die höchste jemals beobachtete Energie, was dies zu einem Meilenstein in der Geschichte machte der Astronomie.
Die Studie, die diese Ergebnisse beschreibt (mit dem Titel „Beobachtung der inversen Compton-Emissionen aus einem langen Gammastrahlenausbruch“), wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Natur und soll im Journal erscheinen Astronomie und Astrophysik. Die Studie wurde von Antonio de Ugarte Postigo vom Instituto de Astrofísica de Andalucía geleitet und umfasste Mitglieder der MAGIC-Kollaboration, der NASA und Forschungsinstitute auf der ganzen Welt.
Um es klar auszudrücken, GRBs sind tatsächlich ziemlich häufig und treten etwa einmal pro Tag im beobachtbaren Universum auf. Aufgrund ihrer kurzen und flüchtigen Natur war es jedoch sehr schwierig, Instrumente an der Quelle zu trainieren, bevor sie verschwinden. Mit Hilfe mehrerer Teleskope, die für die Gammastrahlendetektion optimiert sind, wurde GRB 190114 gerade noch rechtzeitig beobachtet.
Dazu gehörten das Neil Gehrels Swift Observatory der NASA, das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop sowie die bodengestützten Twin Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) -Teleskope, die sich auf der Kanarischen Insel La Palma befinden und vom Max Planck betrieben werden Institut für Physik (MPP).
Als diese Teleskope GRB 190114C beobachteten, beobachteten sie, dass ein Teil der freigesetzten Energie im Bereich von 1Tera-Elektronenvolt (TeV) gemessen wurde - etwa eine Billion Mal so viel Energie pro Photon, die mit sichtbarem Licht beobachtet wurde. Basierend auf früheren Beobachtungen schätzen Astronomen, dass das vom kollabierenden Stern emittierte Material mit 99,999% der Lichtgeschwindigkeit wandern musste, um dieses Energieniveau zu erreichen.
Mit anderen Worten, Material von einem sterbenden Stern müsste bis an die Grenzen dessen beschleunigt werden, was physikalische Materie aushalten kann, um diese Art von energetischem Ausbruch zu erzeugen. Dieses Material würde dann durch die den Stern umgebenden Gaswolken (die Überreste der abgeblasenen äußeren Schichten) gedrückt, was einen Schock verursacht, der den Gammastrahlenausbruch selbst erzeugt.
Wissenschaftler haben lange Zeit versucht, extrem energetische Emissionen von GRBs zu beobachten, und dieser besondere Ausbruch bot die erste Gelegenheit überhaupt. Wie Dr. de Ugarte Postigo in einer Pressemitteilung von ESA / Hubble erklärte:
„Wissenschaftler haben lange versucht, eine sehr energiereiche Emission von Gammastrahlenausbrüchen zu beobachten. Diese neue Beobachtung ist ein entscheidender Schritt vorwärts für unser Verständnis von Gammastrahlenausbrüchen, ihrer unmittelbaren Umgebung und dem Verhalten von Materie, wenn sie sich mit 99,999% der Lichtgeschwindigkeit bewegt. “
Mit Blick auf die Zukunft werden mehrere weltraumgestützte Observatorien die Supernova beobachten, die GRB 190114C produziert hat, um mehr über seine Umgebung und die Entstehung dieses extremen Ausbruchs zu erfahren. Insbesondere europäischen Astronomen wurde mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA / ESA eine Beobachtungszeit zur Verfügung gestellt, um die Quellenumgebung zu untersuchen.
Diese Bemühungen wurden von Astronomen unterstützt, die das Very Large Telescope (VLT) der ESO und das Atacama Large Milimeter / Submilimeter Array (ALMA) in Chile verwendeten. Durch die Kombination ihrer Beobachtungen mit den von Hubble erhaltenen Daten konnten die Astronomen die Wirtsgalaxie dieses GRB (das sich etwa 5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet) genauer beobachten.
Andrew Levan vom Institut für Mathematik, Astrophysik und Teilchenphysik der Abteilung für Astrophysik der Radboud University in den Niederlanden erklärte:
„Hubbles Beobachtungen legen nahe, dass dieser besondere Ausbruch in einer sehr dichten Umgebung mitten in einer hellen Galaxie in 5 Milliarden Lichtjahren Entfernung stattfand. Das ist wirklich ungewöhnlich und legt nahe, dass dies möglicherweise der Grund für dieses außergewöhnlich starke Licht ist. “
Dieser Meilenstein ist ein Beweis für die zunehmende Leistungsfähigkeit astronomischer Instrumente und die wachsende Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit. Es entspricht auch dem gegenwärtigen Zeitalter der Astronomie, in dem revolutionäre Entdeckungen immer häufiger werden. Mit jedem Jahr werden Phänomene, die früher schlecht verstanden oder eingeschränkt wurden, regelmäßig untersucht.
