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GAMMA-RAY-BURSTS
Alles spricht für eine Hypernova
von Stefan Deiters
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19. Juni 2003

Ein sehr heller Gamma-Ray Burst am 29. März 2003 könnte sich als wahrer Glücksfall für die Forschung erweisen: Detaillierte Beobachtungen unmittelbar nach diesem Ausbruch im Gammastrahlen-Bereich deuten nämlich darauf hin, dass es eine eindeutige Verbindung zwischen einer gewaltigen Hypernova-Explosion und dem Burst gibt.

GRB030329

Das Nachglühen des Gamma-Ray Bursts GRB 030329 in zwei Aufnahmen vom 3. April und 1. Mai 2003. Fotos: ESO

GRB030329

Gamma-Ray Bursts gehören wohl zu den zur Zeit am meisten erforschten Phänomenen am Himmel: Sie scheinen viele Hundert Mal heller als eine Supernova-Explosion, sind recht häufig, treten aber ohne Vorwarnung auf. Der eigentliche Ausbruch im Gammastrahlen-Bereich kann nach Bruchteilen einer Sekunde zu Ende sein, aber auch bis 100 Sekunden andauern. Erstmals wurden diese Gammastrahlen-Ausbrüche in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts aufgespürt, aber erst in den letzten Jahren gelang es, die Region ausfindig zu machen, aus denen der Gammastrahlen-Ausbruch jeweils stammt. Entscheidend ist dabei, dass einem das möglichst schnell gelingt, denn hier lässt sich meist für einige Zeit ein Nachglühen in weniger energetischen Wellenlängenbereichen, etwa im Röntgenbereich oder im sichtbaren Licht, beobachten.

Am 29. März 2003 entdeckte der High Energy Transient Explorer (HETE-II) der NASA einen recht hellen Gamma-Ray Burst. Das optische Nachglühen wurde bald von Australien aus und schließlich auch mit den Teleskopen des Very Large Telescope der ESO in Chile verfolgt. Es stellte sich heraus, dass das den Burst verursachende Ereignis in rund 2.650 Millionen Lichtjahren Entfernung stattgefunden haben muss. Damit handelt es sich bei GRB030329 um den uns am dichtesten gelegenen normalen Gammastrahlen-Ausbruch und damit um eine willkommene Gelegenheit, alle möglichen Theorien über dieses energiereichen Ereignisse zu überprüfen.

Ein Team von Astronomen standen dazu die leistungsstarken Kameras und Spektrographen FORS 1 und 2 am Very Large Telescope der ESO zur Verfügung, mit dem sie einen Monat lang das Nachglühen des Gamma-Ray Bursts regelmäßig verfolgten. In der heutigen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature legten die Forscher nun die Ergebnisse ihrer Analysen vor: 27 Autoren aus insgesamt 17 Instituten berichten unter Leitung des dänischen Astronomen Jens Hjorth, dass sie nunmehr einen unwiderlegbaren Beweis dafür gefunden hätten, dass der Gamma-Ray Burst und eine so genannte Hypernova-Explosion eines sehr massereichen Sterns zusammenhängen.

Bei Hypernovae handelt es sich um sehr seltene Ereignisse, die eventuell durch die Explosion eines so genannten Wolf-Rayet-Sterns verursacht werden könnten. Diese Sterne hatte am Anfang ihrer Entwicklung eine Masse von über 25 Sonnenmassen und bestanden hauptsächlich aus Wasserstoff. In der so genannten Wolf-Rayet-Phase haben sie ihre äußeren Hüllen verloren und bestehen nur noch aus Helium, Sauerstoff und aus noch schwereren Elementen, die durch Kernfusionsprozesse entstanden sind.

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"Wir haben auf ein solches Ereignis lange Zeit gewartet", freut sich Jens Hjorth. "Dieser Gamma-Ray Burst hat uns wirklich die Information verschafft, die noch gefehlt hat. Dank der detaillierten Spektren können wir jetzt nachweisen, dass dieser Gammastrahlen-Ausbruch und möglicherweise auch andere lange Gamma-Ray Bursts durch den Kernkollaps eines massereichen Sterns verursacht wurden. Alle anderen Theorien erscheinen jetzt sehr unwahrscheinlich."

Doch was geschah nun wirklich am 29. März vor 2.650 Millionen Jahren? Schon tausend Jahre vor der verheerenden Explosion ging einem sehr massereichen Stern der Vorrat an Wasserstoff aus, den er bisher zur Energieerzeugung verwendet hatte. Er verlor seine äußeren Hüllen und wurde zu einem Wolf-Rayet-Stern, einem rund zehn Sonnenmassen schweren Objekt, das nur aus Helium, Sauerstoff und noch schweren Elementen besteht und bläulich leuchtet.

In den folgenden Jahren verbrannte der Stern alle vorhandenen Reste an Brennstoff, bis es schließlich zu dem Ereignis kam, das die Hypernova verursachte: Der innere Kern des Sterns kollabierte, ohne dass die äußeren Bereiche zunächst etwas davon mitbekamen. Ein schwarzes Loch entstand, in das Materie in einer Scheibe hineinspiralte. Innerhalb weniger Sekunden entstanden gewaltige Materieströme, so genannte Jets, die vom Schwarzen Loch wegschossen. Diese Jets drangen nun durch die äußere Hülle des Sterns und zerstörten - zusammen mit gewaltigen um das Schwarze Loch entstandenen Winden - den Stern komplett: eine Hypernova. Die Gammastrahlen entstanden, als das Material des Jets auf das Material in der Umgebung des Stern traf.

Mit diesem so genannten Kollapsar-Modell ist das Geheimnis der Gamma-Ray Bursts allerdings noch nicht komplett gelöst: Zwar scheint nunmehr sicher zu sein, dass lange Gammastrahlen-Ausbrüche mit einem Kollaps und einer Hypernova zu tun haben, allerdings ist immer noch unklar was kurze Gamma-Ray Burst verursachen könnte, die nur etwa zwei Sekunden dauern. Es bleibt also spannend. 

siehe auch
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AstroLinks: Gammastrahlen-Astronomie
Links im WWW
The High Energy Transient Explorer (HETE-2), Missionswebseite
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