Ein internationales Team aus 23 Wissenschaftlern unter Leitung der Assistenzprofessorin Maria Dainotti vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) hat Archivdaten von gewaltigen kosmischen Explosionen analysiert und eine neue Möglichkeit gefunden, Distanzen im fernen Universum zu messen.
Ohne Orientierungspunkte im Weltraum ist es sehr schwer, einen Eindruck der Tiefe zu bekommen. Eine von Astronomen verwendete Methode ist die Suche nach „Standardkerzen“ – das sind Objekte oder Ereignisse, bei denen die zugrunde liegende Physik diktiert, dass die absolute Helligkeit immer gleich ist. Die absolute Helligkeit bezieht sich auf die Helligkeit, die man aus einer standardisierten Distanz sehen würde. Durch den Vergleich dieser berechneten absoluten Helligkeit mit der scheinbaren Helligkeit (wie sie tatsächlich von der Erde aus beobachtet wird), ist es möglich, die Distanz zu der Standardkerze zu bestimmen und zu anderen Objekten in der selben Region.
Der Mangel an Standardkerzen, die hell genug sind, um aus mehr als elf Milliarden Lichtjahren beobachtet werden zu können, hat die Erforschung des fernen Universums erschwert. Gammablitze – Strahlungsausbrüche, die aus dem Tod massereicher Sterne hervorgehen – sind zwar hell genug, aber ihre Helligkeit hängt von den Eigenschaften der Explosion ab.
Um die Herausforderung anzugehen, diese hellen Ereignisse als Standardkerzen zu nutzen, analysierte das Team Archivdaten der Beobachtungen von 500 Gammablitzen in sichtbaren Wellenlängen. Die Daten stammen von den weltweit führenden Teleskopen, beispielsweise dem Subaru-Teleskop (betrieben vom NAOJ und in dessen Besitz), RATIR, sowie Satelliten wie dem Neil Gehrels Swift Observatory.
Durch die Untersuchung der Lichtkurvenmuster, die die Abschwächung der Helligkeit im Verlauf der Zeit zeigen, identifizierte das Team eine Klasse von 179 Gammablitzen, die Gemeinsamkeiten haben und wahrscheinlich durch ähnliche Phänomene verursacht wurden. Aus den Eigenschaften der Lichtkurven konnte das Team eine Helligkeit und die Entfernung zu jedem Gammablitz ableiten, was als kosmologisches Hilfsmittel verwendet werden kann.
Diese Ergebnisse werden neue Einblicke in die Prozesse hinter dieser Gammablitzklasse geben und eine neue Standardkerze für die Beobachtung des fernen Universums bereitstellen. Die Hauptautorin Dainotti hatte bereits zuvor ein vergleichbares Muster in Röntgenbeobachtungen von Gammablitzen gefunden, aber die Beobachtungen in sichtbaren Wellenlängen erwiesen sich als genauer bei der Bestimmung der kosmologischen Parameter.
Abhandlung: „The Optical Two and Three-Dimensional Fundamental Plane Correlations for Nearly 180 Gamma-Ray Burst Afterglows with Swift/UVOT, RATIR, and the SUBARU Telescope“ von Dainotti et al., Astrophysical Journal Supplement Series, 21. Juli 2022.
(THK)
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