Künstlerische Darstellung eines Gammastrahlenausbruchs, der in der Nähe der Erde explodiert. Klicken um zu vergrößern.
Wir leben in einem gefährlichen Universum. Fügen Sie nun der Liste Gammastrahlen hinzu - die stärksten Explosionen im Universum. Selbst 10 Sekunden Strahlung von einem dieser Ereignisse wären ein tödlicher Rückschlag für das Leben auf der Erde. Bevor Sie nach einem anderen Planeten suchen, auf dem Sie leben können, erklärt Dr. Andrew Levan von der University of Hertforshire die Wahrscheinlichkeiten einer nahe gelegenen Explosion. Es sieht so aus, als ob die Chancen zu unseren Gunsten stehen.
Hören Sie sich das Interview an: Wir sind vor Gammastrahlen geschützt (6,0 MB)
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Fraser Cain: Jetzt möchte ich lernen, wie sicher ich vor Gammastrahlenausbrüchen bin, aber können Sie zuerst dem Erklärenden erklären, was diese Explosionen sind?
Dr. Andrew Levan: Gammastrahlenausbrüche waren in den letzten 30 Jahren ein großes Rätsel. Sie wurden erstmals 1967 von Satelliten entdeckt, die gestartet wurden, um nach Beweisen für Atomtests im Weltraum zu suchen. In den 1960er Jahren gab es also auf beiden Seiten - den Russen und den Amerikanern - Bedenken, dass die gegnerische Seite irgendwo im Weltraum Atomwaffen testen könnte. Und so gab es einen Testverbotsvertrag, der dies verbot, und dann wurden verschiedene Satelliten gestartet, um die Signatur dieser Tests erkennen zu können. Und diese Tests hätten eine Signatur gegeben, die ein Ausbruch von Gammastrahlen gewesen wäre. Und so wurden die Satelliten gestartet, um danach zu suchen. Sie haben tatsächlich nie Gammastrahlen von Atomtests gesehen, aber was sie fanden, waren diese sehr hellen Explosionen, die nirgendwo im Sonnensystem stattfanden. Nicht mit irgendetwas verbunden, was offensichtlich war; nicht wirklich der Mond oder einer der Planeten oder so etwas. Und so waren dies die ersten entdeckten Gammastrahlenausbrüche.
Für die meisten der nächsten 20 oder 30 Jahre war das wirklich alles, was wir über sie wussten; diese seltsamen unerklärlichen Blitze energiereicher Strahlung. Dies ist Licht mit Wellenlängen, die viel kürzer sind als die von medizinischen Bildern verwendeten Röntgenstrahlen. Und deshalb war es sehr schwierig, sie zu lokalisieren. Wir wussten also wirklich nicht, wo sie waren, ob sie irgendwo in unserer Nähe waren oder ob sie weit weg waren. Und dann, Ende der neunziger Jahre, ist es uns endlich gelungen, ihren Ursprung durch optische Emissionen und normales Licht zu bestimmen, und das hat gezeigt, dass es sich um unglaublich helle Explosionen handelt, die im fernen Universum auftreten. Sie sprechen also davon, nur auf a zurückzublicken wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall - 95% des Weges zurück durch das Zeitalter des Universums.
Das war also der erste Durchbruch. Und dann wurde in den nächsten Jahren festgestellt, dass diese Gammastrahlen tatsächlich durch den Zusammenbruch eines sehr massiven Sterns verursacht wurden. Wenn Sie also sehr massiv sprechen, sprechen Sie tatsächlich etwa 20 bis 30 Mal so schwer wie die Sonne. Und was mit diesen Sternen passiert, ist, dass sie Wasserstoff an ihren Kernen zu schwereren Elementen verbrennen oder verschmelzen. Und irgendwann hört dieser Prozess auf, sie fallen in sich selbst, bilden ein Schwarzes Loch und es ist dieser Prozess, der einen Gammastrahlenausbruch erzeugt.
Fraser: Das klingt dem Prozess einer Supernova-Explosion sehr ähnlich. Was ist der Unterschied?
Dr. Levan: Nun, in der Tat sind viele Gammastrahlenausbrüche Supernova-Explosionen. Sie sind also nur eine Teilmenge der Supernova. Supernova tritt auf, wenn Sterne, die massereicher sind als das Achtfache der Sonnenmasse, keinen Kernbrennstoff mehr haben und zusammenbrechen. Meistens bilden sie jedoch eher einen Neutronenstern als ein Schwarzes Loch. Jetzt ist ein Neutronenstern ein etwas weniger extremes Objekt, aber es ist immer noch sehr extrem. Und so ist es mehr oder weniger die Masse der Sonne, die jedoch in eine Region mit einem Durchmesser von nur 10 Meilen zusammengebrochen ist. Aber was dort passiert, ist, dass Sie tatsächlich viel weniger Energie herausholen. Wenn Sie also diese sehr massiven Sterne haben, die zu Gammastrahlenausbrüchen werden, wird die Energie dieser Gammastrahlen in einem Strahl abgegeben. Es ist also so, als würde ein Schlauch direkt auf Sie gerichtet und geht an beiden Enden aus den Polen des Sterns heraus. Es beleuchtet den Himmel als sehr helle Quelle. Aber es beleuchtet vielleicht nur ein paar Prozent des Himmels. Und hier werden die Gammastrahlen emittiert, und genau das lässt einen Gammastrahl platzen. Und nur wenige Arten von Supernova erzeugen sowohl die Schwarzen Löcher als auch die notwendigen Bedingungen, um einen Strahl zu erzeugen, und erzeugen den Gammastrahlenausbruch. Und dann sind die Gammastrahlenexplosionen viel heller als die normalen Supernovae, die wir sehen.
Fraser: Und in der Nähe zu sein, ist ein ziemlich gefährlicher Ort. Wie riskant ist es und wie weit ist die Sphäre der Zerstörung entfernt?
Dr. Levan: Die Leute sprechen von Supernovae und von Gammastrahlenausbrüchen, die für die Erde gefährlich sind. Für eine Supernova muss es wirklich sehr nah sein; es muss innerhalb von ungefähr 10 Parsecs von uns (oder 30 Lichtjahren) sein. Darin sind wirklich nicht sehr viele Sterne. Jetzt mit Gammastrahlen ist Bursts so viel leuchtender, dass es 30 oder 40.000 Lichtjahre von uns entfernt sein könnte. Das ist also auf halbem Weg durch die Galaxie. Wenn man in der Mitte der Galaxie losgehen würde und sie die Erde treffen würde, wäre das eine unglaublich gefährliche Sache für uns. Denn was passieren würde, wäre, dass die energiereiche Strahlung, die uns treffen würde, die hohe Atmosphäre ionisieren und viele neue, ziemlich böse Stickoxide erzeugen würde, die sauren Regen erzeugen würden. Es würde die Ozonschicht zerstören und gleichzeitig die ihm zugewandte Seite der Erde mit einer unglaublich hohen Dosis ultravioletter Strahlung überschütten.
Fraser: Wenn eines davon in Ihrer Galaxie losgeht, ist das ein großer Rückschlag fürs Leben. Ich kann mir nicht viel vorstellen, was dem standhalten könnte, abgesehen vom mikrobiellen Leben im Untergrund.
Dr. Levan: Ja, absolut, das tut es wirklich. Für uns bedeutet dies, dass Sie die eher paradoxe Situation haben, dass die in der Atmosphäre erzeugten Stickoxide das optische Licht tatsächlich blockieren könnten, sodass Sie eine globale Abkühlung hätten. Sie hätten Probleme mit der Photosynthese von Pflanzen und dergleichen. Aber gleichzeitig, weil die Ozonschicht zerstört wird, haben Sie einen hohen Fluss von ultraviolettem Licht, der für jedes Leben, das darauf stößt, wirklich schädlich wäre. Und so würde es den Evolutionsprozess drastisch beeinflussen. Ob es uns möglich wäre, uns ausreichend zu entwickeln, um das zu überleben, ist sehr unwahrscheinlich.
Fraser: Glauben Wissenschaftler, dass dies für einige Auslöschungsereignisse in der Vergangenheit verantwortlich ist?
Dr. Levan: Darüber wurde viel diskutiert. Offensichtlich wird am meisten über das Aussterben gesprochen, und viele Menschen glauben jetzt, dass es wahrscheinlich ein Asteroidenschlag von außerhalb der Erde war oder so etwas. Vor ungefähr 400 Millionen Jahren gab es sicherlich ein Aussterben, von dem die Leute gesprochen haben, dass es möglicherweise auf einen Gammastrahlenausbruch zurückzuführen ist. Offensichtlich ist es sehr ungewiss, wenn Sie zurückblicken und versuchen, den Fossilienbestand zu durchsuchen, aber es wurde sicherlich über Gammastrahlenausbrüche gesprochen, da sie weniger häufig sind als Supernova. Sie können Sie über einen so großen Wert hinweg beeinflussen Volumen der Erde, von der die Menschen gesprochen haben, dass sie aufgrund von Gammastrahlenexplosionen in der Vergangenheit ausgestorben sind.
Fraser: Okay, jetzt wurden mir gute Neuigkeiten versprochen. Gib mir die Schuld.
Dr. Levan: Wir haben viele dieser Ausbrüche untersucht, etwa 40 davon. Dies sind Gammastrahlen, die Sie entspannen können. Sie sind so weit entfernt, dass sie selbst mit den größten Teleskopen der Welt nur schwer zu erkennen sind. Aber was wir von ihnen lernen können, ist die Art der Galaxie, in der sie vorkommen. Und so wird die Milchstraße, die unsere Galaxie ist, als große Designspirale bezeichnet. Es ist eine große, sehr massive Galaxie. Wenn Sie sich nun die Arten von Galaxien ansehen, in denen diese vorkommen, stellen Sie fest, dass sie sich immer in diesen kleinen, unordentlichen, sehr unregelmäßigen Galaxien befinden, die eine sehr geringe Masse haben und der Milchstraße sehr unähnlich sind. Und der Grund dafür ist, dass die Milchstraße viele sogenannte Metalle enthält. Wenn Astronomen über Metalle sprechen, meinen wir nicht wirklich Dinge wie Aluminium oder Eisen oder ähnliches. Wir meinen wirklich alles, was schwerer ist als Wasserstoff oder Helium. Um Leben zu haben, muss man Kohlenstoff und Sauerstoff haben und solche Dinge, die in den kleinen Galaxien mit Gammastrahlen sehr selten sind. Wenn Sie sich das ansehen, werden Sie feststellen, dass kleine Galaxien für die Erzeugung von Gammastrahlenausbrüchen von entscheidender Bedeutung sind, da Sie im Grunde genommen sehr massive Sterne benötigen, die schwarze Löcher bilden, und dies ist in diesen kleinen Galaxien mit sehr wenigen Galaxien viel einfacher Metalle. Und das bedeutet im Wesentlichen, dass, obwohl wir das in der Vergangenheit hatten, Gammastrahlen nicht in Galaxien wie unseren auftreten.
Fraser: Ich weiß, dass einige neuere Forschungen uns einige sternbildende Regionen in nahe gelegenen Satellitengalaxien der Milchstraße zeigen, die Sterne aufbauen, die das 50-80-fache der Sonnenmasse haben. Sind das also gute Kandidaten oder gibt es etwas an der schwerere Elemente?
Dr. Levan: Ja, die schwereren Elemente haben also etwas sehr Spezifisches. Wenn Sie schwerere Elemente in einem Stern haben, wirkt sich dies sehr grundlegend auf die Entwicklung des Sterns aus. Und so passiert es, dass diese schweren Elemente das haben, was wir Sternwinde nennen; ziemlich starke Sternwinde. Dies bedeutet, dass sie das gesamte Material, das sich außerhalb von ihnen befindet, abstoßen. Obwohl sie ihr Leben als sehr massive Sterne beginnen, haben sie am Ende ihres Lebens tatsächlich einen Großteil dieser Masse verloren, die sie nicht mehr massiv genug sind, um schwarze Löcher zu bilden. Und so bilden sie diese Neutronensterne tatsächlich als normale Supernovae. Es besteht also kaum ein Zweifel daran, dass diese massiven Sterne, die Sie sehen, und die massiven sternbildenden Regionen, die Sie sehen, Supernovae bilden werden, da sie viel weiter entfernt sind und keine Bedrohung für uns darstellen. Und aufgrund ihrer Sternwinde verlieren sie so viel von ihrer Masse, dass sie keine schwarzen Löcher und keine Gammastrahlen erzeugen können.
Fraser: Da alle Gammastrahlenausbrüche im gesamten Universum gesehen wurden, ist dies fast wie eine Funktion des Alters - wenn Sie weiter wegschauen, blicken Sie in die Zeit zurück. Früher hatten wir Gammastrahlenausbrüche, aber sie treten einfach nicht mehr auf.
Dr. Levan: Ja, sehr gerne. Wenn sich Sterne entwickeln, machen Sie natürlich Ihre erste Generation von Sternen. Alle Metalle, alle Atome, die Sie um sich herum sehen, in Ihrem Körper, im Gebäude und so weiter, wurden in der Vergangenheit aus Supernova-Explosionen hergestellt. Sie bereichern alles um sich herum, und dann gibt es eine weitere Generation von Sternen, die daraus hergestellt werden, und so weiter. Wenn Sie also in das Universum zurückblicken, gab es weniger dieser Metalle und weniger dieser schweren Elemente, und so ist das frühe Universum ein vielversprechenderer Ort, um nach Gammastrahlenausbrüchen zu suchen, als das Universum, wie wir es jetzt sehen wo nur Gammastrahlen in kleinen Galaxien auftreten, in denen es so lange nicht mehr so viele Sterne gegeben hat wie in der Milchstraße.
