Bildnachweis: ESO
Am 29. März 2003 entdeckte der High Energy Transient Explorer der NASA einen hellen Ausbruch von Gammastrahlen und kurz nachdem sich Teleskope aus der ganzen Welt auf das Objekt konzentriert hatten. Jetzt GRB 030329 genannt und 2,6 Milliarden Lichtjahre entfernt. Durch die Messung des Nachglühens der Explosion stellten die Astronomen fest, dass es dem Spektrum einer Hypernova entspricht - Explosionen extrem großer Sterne, die mindestens 25-mal größer sind als unsere eigene Sonne. Durch die Übereinstimmung der Spektren haben Astronomen überzeugende Beweise dafür, dass ein Zusammenhang zwischen Gammastrahlenausbrüchen und den Explosionen sehr großer Sterne besteht.
Ein sehr heller Ausbruch von Gammastrahlen wurde am 29. März 2003 vom High Energy Transient Explorer (HETE-II) der NASA in einer Himmelsregion innerhalb des Sternbilds Leo beobachtet.
Innerhalb von 90 Minuten wurde eine neue, sehr helle Lichtquelle (das „optische Nachleuchten“) mit einem 40-Zoll-Teleskop am Siding Spring Observatory (Australien) und auch in Japan in die gleiche Richtung detektiert. Der Gammastrahlen-Burst wurde gemäß dem Datum mit GRB 030329 bezeichnet.
Innerhalb von 24 Stunden wurde mit dem UVES-Hochdispersionsspektrographen am 8,2-m-VLT-KUEYEN-Teleskop am ESO Paranal Observatory (Chile) ein erstes sehr detailliertes Spektrum dieses neuen Objekts aufgenommen. Es erlaubte, die Entfernung als ungefähr 2.650 Millionen Lichtjahre zu bestimmen (Rotverschiebung 0,1685).
Fortgesetzte Beobachtungen mit den Multimode-Instrumenten FORS1 und FORS2 auf dem VLT im folgenden Monat ermöglichten es einem internationalen Team von Astronomen [1], die Änderungen im Spektrum des optischen Nachglühens dieses Gammastrahlenausbruchs in beispiellosem Detail zu dokumentieren. Ihr ausführlicher Bericht erscheint in der Ausgabe des Forschungsjournals „Nature“ vom 19. Juni.
Die Spektren zeigen die allmähliche und klare Entstehung eines Supernova-Spektrums der energiereichsten bekannten Klasse, einer „Hypernova“. Dies wird durch die Explosion eines sehr schweren Sterns verursacht - vermutlich mehr als 25 Mal schwerer als die Sonne. Die gemessene Expansionsgeschwindigkeit (über 30.000 km / s) und die freigesetzte Gesamtenergie waren selbst innerhalb der Elect-Hypernova-Klasse außergewöhnlich hoch.
Aus einem Vergleich mit nahe gelegenen Hypernovae können die Astronomen den Moment der Sternexplosion mit guter Genauigkeit bestimmen. Es stellt sich heraus, dass innerhalb eines Intervalls von plus / minus zwei Tagen nach dem Gammastrahlenausbruch liegt. Diese einzigartige Schlussfolgerung liefert überzeugende Beweise dafür, dass die beiden Ereignisse direkt miteinander verbunden sind.
Diese Beobachtungen deuten daher auf einen gemeinsamen physikalischen Prozess hinter der Hypernova-Explosion und der damit verbundenen Emission starker Gammastrahlung hin. Das Team kommt zu dem Schluss, dass dies wahrscheinlich auf den nahezu augenblicklichen, nicht symmetrischen Kollaps der inneren Region eines hochentwickelten Sterns zurückzuführen ist (bekannt als „Kollapsar“ -Modell).
Der Gammastrahlenausbruch vom 29. März wird als seltenes „typdefinierendes Ereignis“ in die Annalen der Astrophysik übergehen und einen schlüssigen Beweis für einen direkten Zusammenhang zwischen kosmologischen Gammastrahlenausbrüchen und Explosionen sehr massereicher Sterne liefern.
Was sind Gammastrahlenexplosionen?
Eines der derzeit aktivsten Gebiete der Astrophysik ist die Untersuchung der dramatischen Ereignisse, die als „Gammastrahlen-Bursts (GRBs)“ bekannt sind. Sie wurden erstmals Ende der 1960er Jahre von empfindlichen Instrumenten an Bord von Militärsatelliten entdeckt, die zur Überwachung und Erkennung von Atomtests gestartet wurden. Diese kurzen Blitze energetischer Gammastrahlen entstehen nicht auf der Erde, sondern weit draußen im Weltraum und dauern weniger als eine Sekunde bis zu mehreren Minuten.
Trotz großer Beobachtungsbemühungen ist es erst in den letzten sechs Jahren möglich geworden, die Orte einiger dieser Ereignisse mit einiger Genauigkeit zu bestimmen. Mit der unschätzbaren Hilfe vergleichsweise genauer Positionsbeobachtungen der damit verbundenen Röntgenemission durch verschiedene Röntgensatellitenobservatorien seit Anfang 1997 haben Astronomen bisher etwa fünfzig kurzlebige optische Lichtquellen identifiziert, die mit GRBs assoziiert sind (die „optischen Nachleuchten“). ).
Es wurde festgestellt, dass sich die meisten GRBs in extrem großen („kosmologischen“) Entfernungen befinden. Dies bedeutet, dass die Energie, die während eines solchen Ereignisses in wenigen Sekunden freigesetzt wird, während ihrer gesamten Lebensdauer von mehr als 10.000 Millionen Jahren größer ist als die der Sonne. Die GRBs sind in der Tat die mächtigsten Ereignisse seit dem im Universum bekannten Urknall, vgl. ESO PR 08/99 und ESO PR 20/00.
In den letzten Jahren haben Indizien dafür zugenommen, dass GRBs den Zusammenbruch massereicher Sterne signalisieren. Dies beruhte ursprünglich auf der wahrscheinlichen Assoziation eines ungewöhnlichen Gammastrahlenausbruchs mit einer Supernova („SN 1998bw“, ebenfalls mit ESO-Teleskopen entdeckt, vgl. ESO PR 15/98). Seitdem sind weitere Hinweise aufgetaucht, darunter die Assoziation von GRBs mit Regionen mit massiver Sternentstehung in fernen Galaxien, verlockende Hinweise auf supernovaähnliche Lichtkurven-Unebenheiten im optischen Nachleuchten einiger früherer Bursts und spektrale Signaturen von frisch synthetisierten Elementen , beobachtet von Röntgenobservatorien.
VLT-Beobachtungen von GRB 030329
Am 29. März 2003 (genau um 11: 37: 14.67 Uhr UT) entdeckte der High Energy Transient Explorer (HETE-II) der NASA einen sehr hellen Gammastrahlenausbruch. Nach der Identifizierung des „optischen Nachglühens“ durch ein 40-Zoll-Teleskop am Siding Spring Observatory (Australien) wurde die Rotverschiebung des Bursts [3] mit Hilfe eines hochdispersen Spektrums, das mit dem UVES-Spektrographen am erhalten wurde, zu 0,1685 bestimmt 8,2-m-VLT-KUEYEN-Teleskop am ESO Paranal Observatory (Chile).
Die entsprechende Entfernung beträgt ca. 2.650 Millionen Lichtjahre. Dies ist der nächste normale GRB, der jemals entdeckt wurde, und bietet daher die lang erwartete Gelegenheit, die vielen Hypothesen und Modelle zu testen, die seit der Entdeckung der ersten GRB Ende der 1960er Jahre vorgeschlagen wurden.
Mit diesem speziellen Ziel wandte sich das von der ESO geleitete Team von Astronomen [1] nun zwei weiteren leistungsstarken Instrumenten am ESO Very Large Telescope (VLT) zu, den Multimode-Kameras / Spektrographen FORS1 und FORS2. Über einen Zeitraum von einem Monat bis zum 1. Mai 2003 wurden regelmäßig Spektren des verblassenden Objekts aufgenommen, um einen eindeutigen Satz von Beobachtungsdaten zu erhalten, die die physischen Änderungen im entfernten Objekt in unübertroffenen Details dokumentieren.
Die Hypernova-Verbindung
Basierend auf einer sorgfältigen Untersuchung dieser Spektren präsentieren die Astronomen nun ihre Interpretation des GRB 030329-Ereignisses in einem Forschungsbericht, der am Donnerstag, 19. Juni, in der internationalen Zeitschrift „Nature“ erscheint. Unter dem prosaischen Titel „Eine sehr energetische Supernova in Verbindung mit Der Gammastrahlenausbruch vom 29. März 2003 “, nicht weniger als 27 Autoren aus 17 Forschungsinstituten unter der Leitung des dänischen Astronomen Jens Hjorth, kommen zu dem Schluss, dass es jetzt unwiderlegbare Beweise für einen direkten Zusammenhang zwischen dem GRB und der„ Hypernova “-Explosion eines sehr gibt massiver, hochentwickelter Stern.
Dies basiert auf dem allmählichen „Auftauchen“ eines Supernova-Spektrums mit der Zeit, das die extrem heftige Explosion eines Sterns aufdeckt. Mit Geschwindigkeiten von weit über 30.000 km / s (d. H. Über 10% der Lichtgeschwindigkeit) bewegt sich das ausgestoßene Material mit Rekordgeschwindigkeit, was die enorme Kraft der Explosion bestätigt.
Hypernovae sind seltene Ereignisse und werden wahrscheinlich durch die Explosion von Sternen vom sogenannten „Wolf-Rayet“ -Typ verursacht [4]. Diese WR-Sterne wurden ursprünglich mit einer Masse über 25 Sonnenmassen gebildet und bestanden hauptsächlich aus Wasserstoff. Jetzt in ihrer WR-Phase, nachdem sie sich von ihren äußeren Schichten befreit haben, bestehen sie fast ausschließlich aus Helium, Sauerstoff und schwereren Elementen, die durch intensives Kernbrennen in der vorhergehenden Phase ihres kurzen Lebens erzeugt wurden.
„Wir haben lange, lange auf diesen gewartet“, sagt Jens Hjorth, „dieser GRB hat uns wirklich die fehlenden Informationen gegeben. Aus diesen sehr detaillierten Spektren können wir nun bestätigen, dass dieser Ausbruch und wahrscheinlich andere lange Gammastrahlenausbrüche durch den Kernkollaps massereicher Sterne erzeugt werden. Die meisten anderen führenden Theorien sind jetzt unwahrscheinlich. “
Ein "typdefinierendes Ereignis"
Sein Kollege, ESO-Astronom Palle Müller, ist ebenso zufrieden: „Was uns zunächst wirklich beeindruckt hat, war die Tatsache, dass wir die Supernova-Signaturen bereits im ersten FORS-Spektrum deutlich erkannt haben, das nur vier Tage nach der ersten Beobachtung des GRB aufgenommen wurde - das haben wir überhaupt nicht erwartet. Als wir immer mehr Daten erhielten, stellten wir fest, dass die spektrale Entwicklung fast vollständig mit der der 1998 beobachteten Hypernova identisch war. Die Ähnlichkeit der beiden ermöglichte es uns dann, einen sehr genauen Zeitpunkt für das gegenwärtige Supernova-Ereignis festzulegen. “
Die Astronomen stellten fest, dass die in den VLT-Spektren dokumentierte Hypernova-Explosion (bezeichnet als SN 2003dh [2]) und das von HETE-II beobachtete GRB-Ereignis nahezu zeitgleich aufgetreten sein müssen. Vorbehaltlich einer weiteren Verfeinerung gibt es höchstens einen Unterschied von 2 Tagen, und es besteht daher keinerlei Zweifel daran, dass die beiden kausal miteinander verbunden sind.
"Supernova 1998bw hat unseren Appetit geweckt, aber es dauerte noch 5 Jahre, bis wir sicher sagen konnten, dass wir die rauchende Waffe gefunden haben, die die Assoziation zwischen GRBs und SNe festnagelte", fügt Chryssa Kouveliotou von der NASA hinzu. "GRB 030329 könnte sich als eine Art" fehlendes Glied "für GRBs herausstellen."
Zusammenfassend war GRB 030329 ein seltenes „typdefinierendes“ Ereignis, das als Wendepunkt in der Hochenergie-Astrophysik aufgezeichnet wird.
Was ist wirklich am 29. März (oder vor 2.650 Millionen Jahren) passiert?
Hier ist die komplette Geschichte über GRB 030329, wie die Astronomen sie jetzt lesen.
Tausende von Jahren vor dieser Explosion ließ ein sehr massereicher Stern, dem der Wasserstoff ausgeht, einen Großteil seiner äußeren Hülle los und verwandelte sich in einen bläulichen Wolf-Rayet-Stern [3]. Die Überreste des Sterns enthielten etwa 10 Sonnenmassen an Helium, Sauerstoff und schwereren Elementen.
In den Jahren vor der Explosion verbrauchte der Wolf-Rayet-Stern schnell seinen restlichen Treibstoff. Irgendwann löste dies plötzlich das Hypernova / Gammastrahlen-Burst-Ereignis aus. Der Kern brach zusammen, ohne dass der äußere Teil des Sterns es wusste. Im Inneren bildete sich ein schwarzes Loch, umgeben von einer Scheibe akkretierender Materie. Innerhalb weniger Sekunden wurde ein Materiestrahl von diesem Schwarzen Loch weggeschossen.
Der Strahl passierte die äußere Hülle des Sterns und zerschmetterte in Verbindung mit heftigen Winden aus neu gebildetem radioaktivem Nickel-56, das die Scheibe im Inneren abblies, den Stern. Diese Erschütterung, die Hypernova, leuchtet aufgrund des Vorhandenseins von Nickel hell. In der Zwischenzeit pflügte der Strahl in der Nähe des Sterns in Material und erzeugte den Gammastrahlenausbruch, der etwa 2.650 Millionen Jahre später von den Astronomen auf der Erde aufgezeichnet wurde. Der detaillierte Mechanismus für die Erzeugung von Gammastrahlen ist immer noch umstritten, hängt jedoch entweder mit Wechselwirkungen zwischen dem Strahl und der zuvor vom Stern ausgestoßenen Materie oder mit internen Kollisionen im Strahl selbst zusammen.
Dieses Szenario stellt das "Kollapsar" -Modell dar, das der amerikanische Astronom Stan Woosley (Universität von Kalifornien, Santa Cruz) 1993 und Mitglied des aktuellen Teams eingeführt hat, und erklärt am besten die Beobachtungen von GRB 030329.
„Dies bedeutet nicht, dass das Rätsel um den Gammastrahlenausbruch jetzt gelöst ist“, sagt Woosley. „Wir sind jetzt zuversichtlich, dass lange Ausbrüche einen Kernkollaps und eine Hypernova mit sich bringen und wahrscheinlich ein Schwarzes Loch erzeugen. Wir haben die meisten Skeptiker überzeugt. Wir können jedoch noch keine Schlussfolgerung darüber ziehen, was die kurzen Gammastrahlenausbrüche verursacht, die weniger als zwei Sekunden lang sind. “
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
