Am 9. Oktober 2022 fegte ein intensiver Gammastrahlungsimpuls durch unser Sonnensystem und überflutete Gammastrahlungsdetektoren von zahlreichen umkreisenden Satelliten. Das rief Astronomen auf den Plan, um das Ereignis mit den weltweit leistungsfähigsten Teleskopen zu untersuchen. Die neue Quelle, nach ihrem Entdeckungstag als GRB 221009A bezeichnet, erwies sich als der hellste Gammablitz, der je aufgezeichnet wurde.
In einer neuen Studie, die am 28. März 2023 in den Astrophysical Journal Letters erschien, werfen die Beobachtungen von GRB 221009A neues Licht auf die Jahrzehnte lange Aufgabe, den Ursprung dieser extremen kosmischen Explosionen zu verstehen. Die Studie umfasst Beobachtungen von Radiowellen bis in den Gammastrahlungsbereich, darunter entscheidende Millimeterwellenbeobachtungen des Submillimeter Array (SMA) des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Hawaii.
Die Gammaemissionen von GRB 221009A dauerten länger als 300 Sekunden. Astronomen vermuten, dass solche langen Gammablitze den Geburtsschrei eines Schwarzen Lochs darstellen, das bei dem Kollaps eines massereichen und schnell rotierenden Sterns entstand. Das neugeborene Schwarze Loch emittiert gewaltige Plasmajets mit annähernd Lichtgeschwindigkeit, die den kollabierenden Stern durchdringen und im Gammabereich leuchten.
GRB 221009A ist der hellste Gammablitz, der je aufgezeichnet wurde, und es ist ein echtes Rätsel, was nach dem ersten Gammablitz passiert. „Wenn die Jets auf Gas in der Umgebung des sterbenden Sterns treffen, produzieren sie ein helles ‚Nachglühen‘ im gesamten Spektrum“, sagte Tanmoy Laskar, ein Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der University of Utah und Hauptautor der Studie. „Das Nachglühen vergeht recht schnell, was bedeutet, dass wir das Licht schnell beobachten müssen, bevor es verschwindet und all seine Geheimnisse mitnimmt.“
Als Teil einer Kampagne, die die weltbesten Radio- und Millimeterwellenteleskope zur Beobachtung des Nachglühens von GRB 221009A verwendete, zeichneten die CfA-Astronomen Edo Berger und Yvette Cendres schnell die Daten mit dem SMA auf.
„Dieser Blitz bot aufgrund seiner Helligkeit eine einmalige Gelegenheit, um das detaillierte Verhalten und die Entwicklung eines Nachglühens in beispiellosen Einzelheiten zu verfolgen – wir wollten es nicht verpassen“, sagte Edo Berger, Professor für Astronomie an der Harvard University und am CfA. „Ich erforsche diese Ereignisse seit mehr als 20 Jahren und dieser war so aufregend wie der erste Gammablitz, den ich je sah.“
„Dank seiner schnellen Reaktionsfähigkeit konnten wir das SMA schnell auf die Position von GRB 221009A ausrichten“, sagte der SMA-Projektwissenschaftler Garrett Keating vom CfA. „Das Team war gespannt zu sehen, wie hell das Nachglühen dieses Gammablitzes war, das wir mehr als zehn Tage lang verfolgen konnten.“
Nach der Analyse und der Kombination der SMA-Daten mit den Daten der anderen Teleskope weltweit waren die Astronomen verblüfft: Die Millimeter- und Radiowellenmessungen waren viel heller als anhand des sichtbaren und Röntgenlichts erwartet worden war.
„Dies ist einer der detailreichsten Datensätze, die wir jemals erhalten haben, und es ist klar ersichtlich, dass sich die Millimeter- und Radiodaten nicht so verhalten wie erwartet“, sagte Cendes. „Ein paar neue Gammablitze in der Vergangenheit haben ein kurzes Übermaß an Millimeter- und Radioemissionen gezeigt, das für die Signatur einer Schockwelle im Jet selbst gehalten wird, aber bei GRB 221009A verhält sich das Übermaß ganz anders als in allen früheren Fällen. Es ist wahrscheinlich, dass wir einen komplett neuen Mechanismus entdeckt haben, der dieses Übermaß an Millimeter- und Radiowellen produziert.“
Cendes zufolge besteht eine Möglichkeit darin, dass der von GRB 221009A erzeugte starke Jet komplexer ist als in den meisten Gammablitzen. „Es ist möglich, dass die sichtbaren und die Röntgenwellenlängen durch einen Teil des Jets erzeugt werden, während die frühen Millimeter- und Radiowellen von einer anderen Komponente verursacht werden.“
„Glücklicherweise ist dieses Nachglühen so hell, dass wir seine Radioemissionen noch für Monate und vielleicht sogar Jahre untersuchen können“, sagte Berger. „Mit einer so langen Zeitspanne hoffen wir, den rätselhaften Ursprung der frühen Übermaßemissionen zu entschlüsseln.“
Video-Link: https://youtu.be/nwZSO6ULI2o
Unabhängig von den genauen Einzelheiten dieses speziellen Gammablitzes stellt die schnelle Reaktionsfähigkeit von Millimeterwellenteleskopen auf Gammablitze und ähnliche Ereignisse grundsätzlich ein neues Potenzial für Astronomen dar.
„Eine Schlüssellektion aus diesem Gammablitz ist, dass wir ohne schnell reagierende Radio- und Millimeterwellenteleskope wie das SMA potenzielle Entdeckungen zu den extremsten Explosionen im Universum verpassen würden“, sagte Berger. „Wir wissen nie im Voraus, wann solche Ereignisse stattfinden werden, also müssen wir so schnell reagieren können wie möglich, wenn wir uns dieses Geschenke des Universums zunutze machen wollen.“
(THK)
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