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GAMMA-RAY BURSTS
Lichtblitze aus dem All vermessen
Redaktion / idw / Pressemitteilung des Paul Scherrer Instituts
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15. Januar 2019

Energiereiche Strahlungsausbrüche im Gammastrahlenbereich lassen sich praktisch täglich irgendwo am Himmel beobachten. Über ihren Ursprung gibt es bislang lediglich verschiedene Theorien. Mithilfe von Messungen an Bord der chinesischen Raumstation Tiangong 2 versucht ein internationales Forschungsteam nun dem Rätsel dieser Gamma-ray Bursts auf die Spur zu kommen.

Gamma-ray Burst

Gamma-ray-Bursts (hier eine künstlerische Darstellung) entstehen bei sehr energiereichen Ereignissen. Was genau dabei passiert, ist aber noch unklar. Bild: ESO / A. Roquette [Großansicht]

Sie leuchten in weiter Ferne kurz und extrem hell auf: Rund ein Mal pro Tag lassen sich sogenannte Gammablitze aus den Tiefen des Alls beobachten. Die Lichtblitze geschehen dabei – daher der Name – im hochenergetischen Bereich der Gammastrahlung. Bei den Prozessen, die sie auslösen, muss in wenigen Sekunden mehr Energie ausgestoßen werden, als es unsere Sonne in Milliarden von Jahren tut. Über ihren Ursprung gibt es mehrere Theorien, wirklich geklärt, ist dieses auch als Gamma-ray Bursts bezeichnete Phänomen allerdings noch nicht.

 Um in dieser Frage weiterzukommen, hat ein internationales Team nun eine bestimmte Eigenschaft dieser Lichtblitze vermessen: ihren Polarisationsgrad. Licht breitet sich als Wellen aus; der Polarisationsgrad gibt an, ob die Lichtwellen einer Quelle parallel zueinander schwingen – dies wäre ein hoher Polarisationsgrad – oder ob sie kreuz und quer zueinander schwingen – dann wäre dieser Wert gering.

Die nun veröffentlichten Ergebnisse der Studie zeigen: Gammablitze haben einen vergleichsweise niedrigen Polarisationsgrad. Zudem beobachteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenchaftler Hinweise auf eine Veränderung des Polarisationswinkels – also der Ausrichtung dieser geringen Polarisation – über den Verlauf einzelner Gammablitze hinweg.

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Die verschiedenen bisherigen Theorien zur Entstehung von Gammablitzen führen zur Vorhersage verschieden hoher Polarisationsgrade. Dabei kommen als Ursprung eines Gammablitzes unter anderem der Kollaps eines massereichen Sterns zu einem Schwarzen Loch in Betracht, das Verschmelzen zweier Neutronensterne, eine spezielle Sorte Supernova und eine Reihe ähnlich energie- und massereicher Vorgänge.

"Dank unserer Daten werden sich wohl manche dieser Theorien zu den Ursprungsmechanismen ausschließen lassen", so Wojciech Hajdas vom Paul Scherrer Institut PSI, der maßgeblich an der Entwicklung des Instruments POLAR beteiligt war, das die neuen Messdaten geliefert hat. POLAR ist ein hochmoderner Detektor, den ein Team um Hajdas gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Genf und des chinesischen Instituts für Hochenergiephysik entwickelt hatten.

Im September 2016 war das Gerät an Bord der jüngsten chinesischen Raumstation – der Tiangong 2 – in den Orbit der Erde befördert worden. Von dort aus hatte POLAR Daten gesammelt, indem das Licht der Gammablitze mittels 1600 spezieller Kunststoffstäbe aufgefangen, weitergeleitet und analysiert wurde. Der Flug ins All war entscheidend für das Projekt, denn vom Erdboden aus verhindert die Erdatmosphäre eine genaue Messung des Polarisationsgrades.

Sowohl das Konzept des POLAR-Detektorsystems als auch die Elektronik wurden maßgeblich am PSI entwickelt. Die Signalauslesemodule und der Zentralcomputer von POLAR wurden dann am PSI hergestellt und getestet. Zusätzlich entwickelten das Team eine eigene Software für die Bearbeitung der Daten.

Insgesamt konnte POLAR mehrere Dutzend Ereignisse registrieren, von denen das internationale Team nun die fünf aussagekräftigsten Gammablitze ausgewertet hat. Auf der virtuellen Plattform PSI POLAR Data Center stellen die PSI-Forschenden zudem die Daten aller registrierten Ereignisse der Forschungsgemeinde zur Verfügung. Da etliche der von POLAR vermessenen Gammablitze zusätzlich von weiteren Detektoren weltweit beobachtet wurden, dient die Plattform unter anderem dazu, dass Forschende hier ihre jeweiligen Datensätze abgleichen.

Über die Ergebnisse berichtete das Team in einem Fachartikel, der in Nature Astronomy erschienen ist.

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siehe auch
ALMA: Gamma-ray Bursts von Staub verhüllt - 16. Juni 2014
Gamma-ray Bursts: Rekordburst stellt Theorien infrage - 22. November 2013
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Gamma-ray Bursts: Gewaltige Explosion in der Milchstraße? - 21 Januar 2013
Swift: Ein Burst und zwei Erklärungen - 1. Dezember 2011
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Paul Scherrer Institut
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