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GAMMA-RAY-BURSTS
Integral beobachtete Mega-Burst
von Stefan Deiters
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3. April 2009

Das europäische Gammastrahlen-Teleskop Integral hat vor rund vier Jahren einen der hellsten Ausbrüche im Gammastrahlenbereich verfolgen können, der je beobachtet wurde. Aus einer genauen Analyse der Daten erhoffen sich die Astronomen neue Erkenntnisse über die Anfangsphase der Sternenexplosion, die für den Burst verantwortlich war sowie über dessen Entstehung.

Gamma-Ray-Burst

Ein Gamma-Ray-Burst kann innerhalb kürzester Zeit sehr hell werden.  Bild: ESA / Illustration by AOES Medialab

Am 19. Dezember 2004 erreichte die Strahlung einer gewaltigen Sternenexplosion die Erde und damit auch das europäische Gammastrahlen-Observatorium Integral, das die Erde umrundet. Integral beobachtete damals den gesamten Verlauf dieses sogenannten Gamma-Ray-Bursts, der eventuell zu einem der wichtigsten Ausbrüche im Gammastrahlenbereich werden könnte, den man in den vergangenen Jahren beobachtet hat. Die Forscher konnten verfolgen, wie sich die Helligkeit des Bursts innerhalb von 500 Sekunden immer mehr erhöhte und er so zu einem der hellsten bislang beobachteten Ausbrüche wurde.

"Er gehört zu den obersten ein Prozent der hellsten Gamma-Ray-Bursts, die wir je beobachtet haben", so Diego Götz, der am Commissariat à l'énergie atomique im französischen Saclay beschäftigt ist. Bei der gewaltigen Sternenexplosion, die den Ausbruch verursachte, wurde vermutlich Material mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All geschleudert. Aus den Integral-Daten erhoffen sich die Astronomen mehr über die Anfangsphase der Explosion und damit auch über die Entstehung des Bursts herauszufinden.

Die außerordentliche Helligkeit des Ausbruchs mit der Katalognummer GRB 041219A ermöglichte es den Astronomen, die ausgesandte Gammastrahlung genau zu analysieren. Dabei interessierte sie vor allem die Polarisation der Strahlung. Sie stellten fest, dass die Gammastrahlen stark polarisiert waren, es aber große Unterschiede sowohl beim Polarisationsgrad als auch bei der Ausrichtung gab. Die Polarisation beschreibt die bevorzugte Richtung, in die eine elektromagnetische Welle schwingt.

Der Gammastrahlen-Ausbruch entsteht nach Ansicht der Astronomen durch einen schnellen und gebündelten Teilchenstrahl, der vom Zentrum eines vermutlich zum Schwarzen Loch kollabierenden massereichen Sterns ausgeht. Die Polarisation der beobachteten Strahlung sollte direkt mir der Struktur des Magnetfelds in diesem als Jet bezeichneten Teilchenstrahl zusammenhängen. Kann man also die Integral-Daten erklären, sollte man mehr darüber erfahren können, wie der Jet und damit auch der Burst überhaupt entstanden ist.

Hinter diesen Mechanismus zu kommen, ist alles andere als einfach und selbst die aktuellen Daten lassen noch so manche Frage offen. Denkbar sind verschiedene Szenarien, die die Integral-Daten erklären: In einem Modell würde der Jet Teile des Magnetfelds des Zentralobjekts mit sich ins All transportieren. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, dass der Jet das Magnetfeld selbst in relativem Abstand vom Zentrum erzeugt. Außerdem bestünde noch die Möglichkeit, dass der Jet überhaupt kein Gas enthält oder aber, dass er sich durch ein schon existierendes Strahlungsfeld bewegt.

Die Polarisation würde, so die Wissenschaftler, in den ersten drei Fällen durch einen Prozess entstehen, den man als Synchrotronstrahlung bezeichnet. Hierbei werden Elektronen in einem Magnetfeld gefangen und senden dabei polarisierte Strahlung aus. Im vierten Fall ließe sich die Polarisation als Folge von Wechselwirkungen zwischen den Elektronen des Jets und den Photonen im bereits existierenden Strahlungsfeld erklären.

Nach Ansicht von Götz sprechen die Integral-Daten für die Modelle mit Synchrotronstrahlung und hier vor allem für die erste Theorie, in der der Jet das Magnetfeld des Zentralobjektes mit in den Weltraum nimmt. "Das ist der einzige recht einfache Weg." Für weitere Untersuchungen und zur Bestätigung dieser These benötigen die Wissenschaftler nun Polarisationsdaten von möglichst vielen Gammastrahlen-Ausbrüchen. Doch leider sind die meisten Bursts viel zu lichtschwach, um diese Messungen vorzunehmen. "Das bedeutet, dass wir nichts weiter tun können, als auf den nächsten großen Burst zu waren", so Götz.

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