Dank des Swift-Satelliten und mehrerer bodengestützter optischer Teleskope lernen Astronomen mehr über sogenannte „dunkle“ Gammastrahlenausbrüche, die hell in Gamma- und Röntgenemissionen sind, aber wenig oder kein sichtbares Licht aufweisen. Diese dunklen Ausbrüche bieten Astronomen auch Einblicke in die Suche nach Bereichen der Sternentstehung, die von Staub verdeckt werden. "Unsere Studie liefert überzeugende Beweise dafür, dass ein großer Teil der Sternentstehung im Universum durch Staub in Galaxien verborgen ist, die ansonsten nicht staubig erscheinen", sagte Joshua Bloom, Associate Professor für Astronomie an der UC Berkeley und leitender Autor der Studie seine Ergebnisse beim Treffen der American Astronomical Society in Kalifornien.
Gammastrahlen sind die größten Explosionen des Universums, die so viel Licht erzeugen können, dass bodengestützte Teleskope es leicht in Milliarden von Lichtjahren Entfernung erkennen können. Seit mehr als einem Jahrzehnt rätseln Astronomen über die Natur sogenannter dunkler Ausbrüche, die Gammastrahlen und Röntgenstrahlen erzeugen, aber nur wenig oder gar kein sichtbares Licht. Sie machen ungefähr die Hälfte der Bursts aus, die der Swift-Satellit der NASA seit seinem Start im Jahr 2004 entdeckt hat.
Die Studie stellt fest, dass die meisten in normalen Galaxien vorkommen, die mit großen bodengestützten optischen Teleskopen nachweisbar sind.
"Eine mögliche Erklärung für dunkle Ausbrüche war, dass sie so weit entfernt auftraten, dass ihr sichtbares Licht vollständig gelöscht wurde", sagte Bloom. Dank der Ausdehnung des Universums und eines sich verdichtenden Nebels von Wasserstoffgas in zunehmenden kosmischen Entfernungen sehen Astronomen kein sichtbares Licht von Objekten, die mehr als 12,9 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Eine andere Möglichkeit: Dunkle Ausbrüche explodierten in Galaxien mit ungewöhnlich dicken Mengen interstellaren Staubes, der das Licht eines Ausbruchs absorbierte, jedoch nicht dessen energiereichere Strahlung.
Mit einem der größten optischen Teleskope der Welt, dem 10-Meter-Keck I in Hawaii, suchte das Team an den Orten von 14 von Swift entdeckten dunklen Ausbrüchen nach unbekannten Galaxien. "Für elf dieser Ausbrüche fanden wir eine schwache, normale Galaxie", sagte Daniel Perley, der Doktorand der UC Berkeley, der die Studie leitete. Wenn sich diese Galaxien in extremen Entfernungen befinden würden, könnte nicht einmal das Keck-Teleskop sie sehen.
Die meisten Gammastrahlenausbrüche treten auf, wenn massiven Sternen der Kernbrennstoff ausgeht. Während ihre Kerne in ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern fallen, schlagen Gasstrahlen - angetrieben von Prozessen, die nicht vollständig verstanden wurden - durch den Stern und sprengen in den Weltraum. Dort treffen sie auf Gas, das zuvor vom Stern abgegeben wurde, und erhitzen es, wodurch kurzlebige Nachleuchten in vielen Wellenlängen, einschließlich sichtbarem Licht, erzeugt werden.
Die Studie zeigt, dass dunkle Ausbrüche ähnlich sein müssen, mit Ausnahme der staubigen Flecken in ihren Wirtsgalaxien, die den größten Teil des Lichts in ihren Nachleuchten verdecken.
Die Astronomen untersuchten 14 Bursts, deren optisches Licht entweder viel schwächer als erwartet war oder vollständig fehlte. Sie fanden heraus, dass fast jeder „dunkle“ Gammastrahlenausbruch eine Wirtsgalaxie hat, die von großen optischen Teleskopen erfasst werden kann.
Die Sternentstehung erfolgt in dichten Wolken, die sich schnell mit Staub füllen, wenn die massereichsten Sterne schnell altern und explodieren und neu geschaffene Elemente in das interstellare Medium speien, um neue Sternentstehung zu erzeugen. Daher gehen Astronomen davon aus, dass in staubgefüllten Galaxien eine große Menge an Sternentstehung stattfindet, obwohl es sich als äußerst schwierig erwiesen hat, tatsächlich zu messen, wie viel Staub sich dieser Prozess in den entferntesten Galaxien angesammelt hat.
Die Sterne, von denen angenommen wird, dass sie explodieren, wenn Gammastrahlen platzen, leben schnell und sterben jung. Dunkle Ausbrüche können Sterne darstellen, die nie weit von den staubigen Wolken entfernt waren, aus denen sie entstanden sind.
Gammastrahlen-Bursts wurden in Infrarotwellenlängen von bis zu 13,1 Milliarden Lichtjahren nachgewiesen. "Wenn Gammastrahlenausbrüche vor 13 Milliarden Jahren - weniger als eine Milliarde Jahre nach der Entstehung des Universums - häufig waren, sollten wir eine große Anzahl von ihnen entdecken", erklärte Teammitglied S. Bradley Cenko, ebenfalls an der UC Berkeley. "Wir tun es nicht, was darauf hinweist, dass sich die ersten Sterne in einem weniger rasenden Tempo gebildet haben, als einige Modelle vorgeschlagen haben."
Die Astronomen kommen zu dem Schluss, dass in solchen Entfernungen weniger als etwa 7 Prozent der dunklen Ausbrüche auftreten können, und schlagen Radio- und Mikrowellenbeobachtungen der neuen Galaxien vor, um besser zu verstehen, wie ihre staubigen Regionen das Licht blockieren. Ein Artikel über die Ergebnisse wurde dem Astronomical Journal vorgelegt.
Quelle: NASA, UC Berkeley, AAS
