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GAMMA-RAY-BURSTS
Materie fast so schnell wie das Licht
von Stefan Deiters
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12. Juni 2007

Mithilfe eines automatischen Teleskops konnten ESO-Astronomen erstmals messen, wie schnell Materie durch Explosionen beschleunigt wird, die für sogenannte Gamma-Ray-Bursts verantwortlich sind. Die Forscher ermittelten für das Material eine Geschwindigkeit von 99,9997 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Die Messung ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis dieser Ausbrüche im Gammastrahlenbereich.

REM-Teleskop

Das Rapid-Eye Mount (REM) 0.6-Meter Teleskop der ESO im chilenischen La Silla. Foto: ESO / P. Aniol

Gamma-Ray-Bursts, also kurze, heftige Strahlungsausbrüche im Gammastrahlenbereich, sind vermutlich mit den energiereichsten Explosionen im Universum verbunden. Sie künden oft vom Ende eines massereichen Sterns in einer Hypernova und können es an Leuchtkraft für eine kurze Zeit fast mit dem gesamten Universum aufnehmen. Sie sind allerdings äußerst kurzlebig, dauern manchmal nur Sekunden oder wenige Minuten.

Astronomen war schon länger klar, dass sich das explodierende Material, um in so kurzer Zeit diese ungeheuren Mengen an Energie auszustrahlen, nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen muss, also mit etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde. Jetzt gelang es aber erstmals, diese Geschwindigkeit auch tatsächlich nachzuweisen.

Gamma-Ray Bursts können nicht mit dem menschlichen Auge wahrgenommen werden, sondern müssen durch für Gammastrahlen empfindliche Satelliten aufgespürt werden. Wenn das durch die Explosion beschleunigte Material auf umgebendes Gas trifft, wird auch dieses zum Leuchten angeregt. Dieses "Nachglühen" des Gammastrahlen-Ausbruchs lässt sich gut von der Erde mit Teleskopen im Optischen und nahen Infraroten beobachten und kann mehrere Wochen anhalten. Um möglichst viel von dem Ausbruch und der sich ändernden Helligkeit mitzubekommen, ist aber Schnelligkeit entscheidend. So entstanden auf der ganzen Welt automatische Teleskope, die eine bestimmte Himmelsposition sofort ansteuern können, wenn ein Satellit einen Gamma-Ray-Burst meldet.

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Am 18. April und 7. Juni letzten Jahres hatte der Satellit SWIFT wieder einen hellen Gammastrahlen-Ausbruch in 9,3 bzw. 11,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung entdeckt und die Daten auch an das REM-Teleskop der ESO im chilenischen La Silla übermittelt. Das Teleskop begann automatisch den Himmelsbereich ins Visier zu nehmen und verfolgte die Entwicklung der Helligkeit der beiden Bursts. Dank der geringen Größe des Teleskops ist es äußerst beweglich und konnte den betreffenden Himmelsbereich sehr schnell ansteuern und mit den Beobachtungen beginnen. So gelang es, auch Daten über die Helligkeit unmittelbar nach der Explosion zu gewinnen. REM benötigte nach der Alarmierung nur 39 bzw. 41 Sekunden bis es die Arbeit aufnehmen konnte.

"Dank der Entwicklung von sich schnell drehenden bodengestützten Teleskopen wie das 0,6-Meter REM-Teleskop können wir nun sehr detailliert studieren, was unmittelbar nach einer dieser gewaltigen kosmischen Katastrophen passiert", erläutert Emilio Molinari, der die Beobachtergruppe leitete. Bei beiden Gamma-Ray-Bursts konnten die Astronomen verfolgen, wie sich die Helligkeit des Nachglühens zunächst erhöhte, dann ein Maximum erreichte, um dann wieder allmählich abzuklingen. Das ist der normale Verlauf des Nachglühens eines solchen Ereignisse, allerdings wird das Maximum der Strahlungsintensität im Optischen und Infraroten nur sehr selten beobachtet.

Durch die Messung dieses Maximums aber ist es möglich, Rückschlüsse auf die Geschwindigkeit des Materials zu ziehen, das während der Explosion ins All geschleudert wurde: Bei beiden Gamma-Ray-Bursts betrug diese 99,9997 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. "Das Material bewegt sich also mit einer Geschwindigkeit, die sich nur um einen drei Millionenstel Teil von der Lichtgeschwindigkeit unterscheidet", unterstreicht Stefano Covino, der auch an der Arbeit beteiligt war. "Einzelne Teilchen können durchaus noch näher an die Lichtgeschwindigkeit herankommen, hier aber ist das äquivalent von 200 Erdmassen auf diese Geschwindigkeit beschleunigt worden."

Die Bestimmung dieser Geschwindigkeiten ist für die Wissenschaftler für das Verstehen der Gamma-Ray-Bursts von entscheidender Bedeutung. Bislang war dieser Wert nur recht ungenau bekannt. Die nächste Aufgabe sehen die Astronomen nun klar vor sich: "Die nächste Frage ist, was das für ein 'Antrieb' ist, der Materie auf diese ungeheuren Geschwindigkeiten beschleunigen kann", so Covino.

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