2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Zum ersten Mal gelang es Astronomen, Photonen aus Gammablitzen einzufangen, deren Energie zum Bereich der ultrahohen Energien gehört - von Hunderten von Gigaelektronenvolt bis zu Hunderten von Teraelektronenvolt. Die gemessene Energie von Lichtteilchen ist kein Rekord für astronomische Quellen, aber sie bestätigt die Richtigkeit eines der Modelle der Strahlungserzeugung in Gammablitzen. Die Ergebnisse wurden in einer Reihe von Artikeln in Nature veröffentlicht (1, 2, 3).
Gammablitze sind die stärksten Flare-Ereignisse im Universum. Während einer Sekunde eines solchen Prozesses kann so viel Energie freigesetzt werden, wie die Sonne in ihrem gesamten Leben abgibt. Gammablitze sind nach ihrer hohen Helligkeit im härtesten Bereich elektromagnetischer Wellen, der Gammastrahlung, benannt, werden aber auch bei vielen anderen Wellenlängen beobachtet.
Das Hauptproblem bei der Untersuchung von Gammablitzen ist die kurze Dauer ihrer hellen Phase, weshalb Daten hauptsächlich im Gammabereich selbst gesammelt werden, in dem die Geräte eine geringe Winkel- und Energieauflösung haben. Diesbezüglich ist es lange Zeit nicht gelungen, die seit langem aufgestellte Theorie ihrer Entstehung endgültig zu bestätigen. Laut ihr entsteht diese Strahlung durch die Verschmelzung von Neutronensternen oder den Zusammenbruch des Kerns eines gewöhnlichen großen Sterns, was zu einem schmalen Jet führt, in dem sich Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt.
Die Emission von Gammablitzen lässt sich normalerweise in zwei Teile unterteilen: einen helleren, kürzeren, der mehrere zehn Sekunden dauert, und einen viel längeren Nachglühen, von dem angenommen wird, dass er entsteht, wenn die in den ersten Stadien ausgestoßene Substanz mit der Umgebung interagiert. Typischerweise stammt der größte Teil der Energie von Gammaphotonen mit Energien im Bereich von Kiloelektronenvolt bis Hunderten von Megaelektronenvolt. Auch in mehreren Fällen beobachteten Weltraumteleskope Photonen mit Energien von mehreren zehn Gigaelektronenvolt, aber der Mechanismus ihrer Emission blieb unklar.
In einer Reihe neuer Veröffentlichungen wird von den Beobachtungen zweier Gammablitze GRB 190114C und GRB 180720B berichtet, aus denen rekordverdächtige Photonen für diese Quellen mit Energien von etwa Teraelektronenvolt registriert werden konnten. Ein Merkmal der durchgeführten Beobachtungen ist auch, dass die Teilchen mit extremer Energie in der Nachleuchtphase gefangen wurden und nicht während der helleren ersten, was durch ein spezifisches theoretisches Modell besser erklärt wird.
Der Ausbruch von GRB 190114C wurde am MAGIC Cherenkov-Teleskop und anderen bodengebundenen Observatorien beobachtet. Die energiereichsten Teilchen begannen eine Minute nach Ausbruch des Ausbruchs anzukommen und erschienen 20 Minuten lang weiter, wobei ihr Fluss rapide abnahm. GRB 180720B wurde von einem anderen HESS Cherenkov-Teleskop entdeckt. Obwohl die maximalen Energien in diesem Fall nur etwa hundert Gigaelektronenvolt betrugen, wurden die entsprechenden Photonen 10 Stunden nach Beginn des Ereignisses beobachtet, was an sich ein außergewöhnlicher und wichtiger Umstand ist.
Durch die Verarbeitung aller erhaltenen Daten konnte festgestellt werden, dass das Energiespektrum der Strahlung in der Nachleuchtstufe zwei Maxima mit vergleichbarem Spitzenfluss aufweist. Die Vorhersage einer solchen Form des Spektrums wurde früher im Modell der Compton-Rückstreuung von Synchrotronphotonen durch hochenergetische Elektronen gemacht, die diese Teilchen früher emittiert haben.
Vor diesen Beobachtungen wurde dieser Mechanismus im Fall von Blazar-Jets bestätigt und für Gammastrahlenausbrüche erwartet, aber es gab keine überzeugenden Beweise. Darüber hinaus erklären alternative Annahmen, wie die Synchrotronemission von Elektronen oder Protonen extrem hoher Energien, die erhaltenen Ergebnisse viel schlechter.
Früher konnten Astronomen zum ersten Mal die Quelle von Photonen mit Energien über 100 Teraelektronenvolt bestimmen, die Eigenschaften der Lichtkurven von Gammablitzen durch superluminale Bewegung erklären und auch erstmals die Polarisation der Radioemission messen eines solchen Ausbruchs.
