Künstlerillustration eines Schwarzen Lochs, das einen Neutronenstern verbraucht. Bildnachweis: Dana Berry / NASA. Klicken um zu vergrößern.
Wissenschaftler haben ein 35 Jahre altes Rätsel um die Entstehung starker Lichtblitze in Sekundenbruchteilen gelöst, die als kurze Gammastrahlenausbrüche bezeichnet werden. Diese Blitze, die heller als eine Milliarde Sonnen sind und nur wenige Millisekunden dauern, waren einfach zu schnell, um sie einzufangen… bis jetzt.
Wenn Sie vermutet haben, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt, haben Sie mindestens halb recht. Kurze Gammastrahlenausbrüche entstehen durch Kollisionen zwischen einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern oder zwischen zwei Neutronensternen. Im ersten Szenario schluckt das Schwarze Loch den Neutronenstern hinunter und wird größer. Im zweiten Szenario erzeugen die beiden Neutronensterne ein Schwarzes Loch.
Gammastrahlenausbrüche, die stärksten bekannten Explosionen, wurden erstmals Ende der 1960er Jahre entdeckt. Sie sind zufällig, flüchtig und können aus jeder Region des Himmels auftreten. Wenn Sie versuchen, den Standort eines Kamerablitzes irgendwo in einem riesigen Sportstadion zu finden, werden Sie ein Gefühl für die Herausforderung haben, vor der Jäger mit Gammastrahlenausbrüchen stehen. Die Lösung dieses Rätsels erforderte eine beispiellose Koordination zwischen Wissenschaftlern mithilfe einer Vielzahl von Bodenteleskopen und NASA-Satelliten.
Vor zwei Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass längere Explosionen, die länger als zwei Sekunden dauern, durch die Explosion sehr massereicher Sterne entstehen. Ungefähr 30 Prozent der Bursts sind jedoch kurz und unter zwei Sekunden.
Seit Mai wurden vier kurze Gammastrahlenausbrüche festgestellt. Zwei davon werden in vier Artikeln in der Nature-Ausgabe vom 6. Oktober vorgestellt. Ein Ausbruch aus dem Juli liefert die Beweise für die „rauchende Waffe“, um die Kollisionstheorie zu stützen. Ein weiterer Ausbruch geht noch einen Schritt weiter, indem er zum ersten Mal verlockende Beweise dafür liefert, dass ein Schwarzes Loch einen Neutronenstern frisst - zuerst den Neutronenstern in einen Halbmond streckt, ihn schluckt und dann in den Minuten und Stunden Krümel des zerbrochenen Sterns schluckt gefolgt.
Diese Entdeckungen könnten auch bei der direkten Erfassung von Gravitationswellen helfen, die noch nie zuvor gesehen wurden. Solche Fusionen erzeugen Gravitationswellen oder Wellen in der Raumzeit. Kurze Gammastrahlenausbrüche könnten Wissenschaftlern sagen, wann und wo sie nach den Wellen suchen müssen.
"Gammastrahlenausbrüche sind im Allgemeinen notorisch schwer zu untersuchen, aber die kürzesten waren so gut wie unmöglich zu bestimmen", sagte Dr. Neil Gehrels vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md., Hauptforscher des NASA-Satelliten Swift und Hauptautor eines der Naturberichte. „Das hat sich geändert. Wir haben jetzt die Werkzeuge, um diese Ereignisse zu untersuchen. “
Der Swift-Satellit entdeckte am 9. Mai einen kurzen Ausbruch, und der High-Energy Transient Explorer (HETE) der NASA entdeckte am 9. Juli einen weiteren. Dies sind die beiden in Nature vorgestellten Ausbrüche. Swift und HETE leiteten die Burst-Koordinaten schnell und autonom per Handy, Piepton und E-Mail an Wissenschaftler und Observatorien weiter.
Das Ereignis vom 9. Mai war das erste Mal, dass Wissenschaftler ein Nachleuchten für einen kurzen Gammastrahlenausbruch identifizierten, was häufig nach langen Ausbrüchen auftritt. Diese Entdeckung war Gegenstand einer Pressemitteilung der NASA vom 11. Mai. Die in Nature veröffentlichten neuen Ergebnisse stellen gründliche Analysen dieser beiden Burst-Nachleuchten dar, die den Fall für die Entstehung kurzer Bursts belegen.
"Wir hatten die Vermutung, dass kurze Gammastrahlenausbrüche von einem Neutronenstern kamen, der gegen ein Schwarzes Loch oder einen anderen Neutronenstern krachte, aber diese neuen Entdeckungen lassen keinen Zweifel", sagte Dr. Derek Fox von Penn State, Hauptautor eines Naturberichts Detaillierung einer Beobachtung mit mehreren Wellenlängen.
Fox 'Team entdeckte das Röntgennachleuchten des 9. Juli mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA. Ein Team unter der Leitung von Prof. Jens Hjorth von der Universität Kopenhagen identifizierte dann das optische Nachleuchten mit dem dänischen 1,5-Meter-Teleskop am La Silla-Observatorium in Chile. Das Team von Fox setzte dann seine Untersuchungen des Nachglühens mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA fort. die von der Carnegie Institution finanzierten Teleskope du Pont und Swope in Las Campanas, Chile; das Subaru-Teleskop auf Mauna Kea, Hawaii, betrieben vom National Astronomical Observatory of Japan; und das Very Large Array, eine Strecke von 27 Radioteleskopen in der Nähe von Socorro, New Mexico, die vom National Radio Astronomy Observatory betrieben wird.
Die Multi-Wellenlängen-Beobachtung des Bursts vom 9. Juli mit der Bezeichnung GRB 050709 lieferte alle Teile des Puzzles, um das Rätsel um den kurzen Burst zu lösen.
"Leistungsstarke Teleskope entdeckten keine Supernova, als der Gammastrahlenausbruch verblasste und gegen die Explosion eines massiven Sterns sprach", sagte Dr. George Ricker vom MIT, HETE Principal Investigator und Co-Autor eines anderen Nature-Artikels. "Der Ausbruch am 9. Juli war wie der Hund, der nicht bellte."
Ricker fügte hinzu, dass sich der Ausbruch vom 9. Juli und wahrscheinlich der Ausbruch vom 9. Mai am Rande ihrer Wirtsgalaxien befinden, wo sich voraussichtlich alte zusammenlaufende Binärdateien befinden. Kurze Gammastrahlen sind in jungen, sternbildenden Galaxien nicht zu erwarten. Es dauert Milliarden von Jahren, bis sich zwei massive Sterne, die in einem binären System gekoppelt sind, zuerst zur Phase des Schwarzen Lochs oder des Neutronensterns entwickeln und dann verschmelzen. Der Übergang eines Sterns zu einem Schwarzen Loch oder Neutronenstern beinhaltet eine Explosion (Supernova), die das binäre System weit von seinem Ursprung weg und zum Rand seiner Wirtsgalaxie hinaus treten kann.
Dieser Ausbruch am 9. Juli und ein späterer am 24. Juli zeigten einzigartige Signale, die nicht nur auf eine alte Fusion hinweisen, sondern insbesondere auf eine Fusion von Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Wissenschaftler sahen nach dem ersten Gammastrahlenausbruch Röntgenlichtspitzen. Der schnelle Gammastrahlenteil ist wahrscheinlich ein Signal dafür, dass das Schwarze Loch den größten Teil des Neutronensterns verschluckt. Die Röntgensignale in den folgenden Minuten bis Stunden könnten Krümel aus Neutronensternmaterial sein, die in das Schwarze Loch fallen, ein bisschen wie ein Dessert.
Und es gibt noch mehr. Fusionen erzeugen Gravitationswellen, Wellen in der Raumzeit, die von Einstein vorhergesagt, aber nie direkt erkannt wurden. Der Ausbruch vom 9. Juli war ungefähr zwei Milliarden Lichtjahre entfernt. Eine große Fusion näher an der Erde könnte vom Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) der National Science Foundation festgestellt werden. Wenn Swift einen kurzen Ausbruch in der Nähe feststellt, können LIGO-Wissenschaftler die Daten unter Berücksichtigung einer genauen Zeit und eines genauen Ortes überprüfen.
"Das sind gute Nachrichten für LIGO", sagte Dr. Albert Lazzarini vom LIGO Laboratory bei Caltech. „Die Verbindung zwischen kurzen Ausbrüchen und Fusionen erhöht die prognostizierten Raten für LIGO und sie scheinen am oberen Ende früherer Schätzungen zu liegen. Beobachtungen liefern auch verlockende Hinweise auf Fusionen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen, die zuvor noch nicht entdeckt wurden. Während der bevorstehenden einjährigen Beobachtung von LIGO können wir Gravitationswellen von einem solchen Ereignis erkennen. “
Eine Fusion von Schwarzem Loch und Neutronenstern würde stärkere Gravitationswellen erzeugen als zwei verschmelzende Neutronensterne. Die Frage ist nun, wie häufig und wie eng diese Fusionen sind. Swift, das im November 2004 gestartet wurde, kann diese Antwort liefern.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
