Der hellste jemals registrierte Gammastrahlenausbruch! Erforschung der stärksten Explosion im Universum

Kürzlich haben der Satellit Insight-HXMT und das Weltraumteleskop Polaris meines Landes den bislang hellsten Gammastrahlenausbruch präzise registriert, was für Aufsehen sorgte. Was genau ist also ein Gammastrahlenausbruch? Wie stark sind die Energie und Kraft dieser Explosion?

Schematische Darstellung eines Gammastrahlenausbruchs

In den 1960er Jahren starteten die Vereinigten Staaten das Vela-Projekt und schickten zwölf Satelliten in die Umlaufbahn, die mit Röntgen-, Gammastrahlen- und Neutronendetektoren sowie anderen Geräten ausgestattet waren, um nukleare Explosionen in Erdnähe und in der Atmosphäre zu erkennen. Die Satelliten wurden zwischen 1963 und 1970 gestartet. Im Juli 1967 entdeckten Satelliten zum ersten Mal, dass das Signal im Gammastrahlenband plötzlich zunahm und dann schnell und ohne zeitliche Regelmäßigkeit abschwächte, die Intensität jedoch sogar größer war als die gesamte Gammastrahlenintensität des ganzen Tages.

Noch wichtiger ist, dass dieses Phänomen nicht von der Erdoberfläche, sondern aus dem Universum kommt und als Gammastrahlenausbruch bezeichnet wird. Seitdem hat das Vela-Projekt viele Male hintereinander ähnliche Phänomene beobachtet. Da Gammastrahlenausbrüche jedoch nur kurz andauern und ihre Richtung schwer zu bestimmen ist, verliefen die Forschungsfortschritte zunächst sehr langsam.

Im April 1991 wurde das Compton Gamma-ray Observatory, ein professioneller Satellit auf diesem Gebiet, ins All geschossen. In den neun Jahren seitdem wurden mehr als 2.700 Gammastrahlenausbrüche entdeckt, die gleichmäßig über den Himmel verteilt und nicht in der Milchstraße konzentriert sind. Dies bedeutet, dass der Ursprung des Gammastrahlenausbruchs außerhalb der Milchstraße liegt, was erneut beweist, dass er über eine unglaubliche Energie verfügt und von uns aus so großer Entfernung beobachtet werden kann.

Wie viel Energie wird also bei einem Gammastrahlenausbruch freigesetzt? Der im Januar 1999 aufgezeichnete Gammastrahlenausbruch GRB 990123 dauerte mehr als eine Minute. Das optische Teleskop ROTSE-1 in den USA entdeckte 22 Sekunden später, dass sein optisches Gegenstück schnell von der Stärke 18 auf die Stärke 9 heller wurde, eine Steigerung um etwa das 4.000-Fache. Später wurde auf Grundlage einer Spektralanalyse berechnet, dass er etwa 9 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist. Umfangreiche Berechnungen zeigen, dass die durch diesen Gammastrahlenausbruch freigesetzte Energie die gesamte Strahlungsenergie aller Sterne der Milchstraße vom Jahr 1 n. Chr. bis heute übersteigt!

Nachfolgende Studien haben gezeigt, dass die Dauer von Gammastrahlenausbrüchen im Allgemeinen zwischen 0,01 Sekunden und 1000 Sekunden liegt und basierend auf 2 Sekunden in lange und kurze Ausbrüche unterteilt wird. 70 % aller Entdeckungen sind auf lange Ausbrüche zurückzuführen, die oft von hellem Nachglühen begleitet werden. Ihre entsprechenden Körper sind im sichtbaren Licht, im Röntgenbereich und in anderen Bändern zu finden. Astronomen gehen davon aus, dass lang anhaltende GRBs häufig mit dem „Tod“ massereicher Sterne in Zusammenhang stehen und auf den Prozess zurückzuführen sind, bei dem massereiche Sterne zu schwarzen Löchern kollabieren. Kurze Ausbrüche sind relativ selten. In den vergangenen 20 Jahren haben Astronomen nur Dutzende solcher kurzen Ausbrüche entdeckt und sind der Ansicht, dass diese aus der Verschmelzung zweier kompakter Himmelskörper (wie etwa Neutronensternen oder Schwarzen Löchern) entstehen.

Im Oktober 2022 dauerte der stärkste jemals aufgezeichnete Gammastrahlenausbruch, GRB 221009A, mehr als 300 Sekunden und blendete viele Detektoren, sodass Astronomen seine wahre Intensität nicht direkt aufzeichnen konnten. Beobachtungen mit zahlreichen Teleskopen zeigen, dass dieser Gammastrahlenausbruch „der heftigste ist, der jemals in der menschlichen Zivilisation registriert wurde“ und 70-mal heller ist als zuvor registrierte Ausbrüche. Der Satellit Insight-HXMT meines Landes hat die weltweit präzisesten Messungen der vorübergehenden Strahlung und des frühen Nachglühens von Gammastrahlenausbrüchen in den Energiebändern harter Röntgenstrahlen und weicher Gammastrahlen durchgeführt.

Welchen Einfluss haben Gammastrahlenausbrüche auf uns? Glücklicherweise stammen alle bisher beobachteten Gammastrahlenausbrüche von außerhalb der Milchstraße und haben nur geringe Auswirkungen auf die Erde. Wenn es in der Milchstraße zu einem Gammastrahlenausbruch käme, wäre damit zu rechnen, dass dieser verheerende Schäden am Ökosystem der Erde anrichtete.

Obwohl die Erdatmosphäre Röntgen- und Gammastrahlen effektiv absorbieren kann, reichen Gammastrahlenausbrüche aus, um chemische Sauerstoff-Stickstoff-Reaktionen in der Atmosphäre auszulösen. Die erhöhten Stickoxide verbrauchen große Mengen Ozon, was zu erhöhter ultravioletter Strahlung auf der Oberfläche und zur Verbreitung von Photosmog führt, was wiederum die Photosynthese der Pflanzen schwächt und den sauren Regen verstärkt. Kurz gesagt: Gammastrahlenausbrüche in Tausenden von Lichtjahren Entfernung werden das Ökosystem der Erde innerhalb weniger Jahre nach dem Ausbruch schrittweise zerstören. Einige Studien legen nahe, dass das Massenaussterben im Ordovizium und Silur vor 450 Millionen Jahren wahrscheinlich durch einen Gammastrahlenausbruch verursacht wurde. (Autor: Ye Nan)