Das Geheimnis der Gammastrahlen-Bursts (GRBs) zu lüften, ist eine Geschichte voller internationaler Intrigen, fantastischer Behauptungen, ernsthafter Rückverfolgung und schrittweiser Verbesserungen unseres Verständnisses der wahren Natur und der Auswirkungen der energischsten, zerstörerischsten Kräfte im Universum. Neue Ergebnisse eines Wissenschaftlerteams, das sogenannte „dunkle Gammastrahlenausbrüche“ untersucht, haben ein neues Teil des GRB-Puzzles fest verankert. Diese Forschung wird in einem Artikel vorgestellt, der am 16. Dezember 2010 in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheint.
Die Entdeckung von GRBs war ein unerwartetes Ergebnis des amerikanischen Weltraumprogramms und des Militärs, das die Russen im Auge hatte, um die Einhaltung eines Vertrags über das Verbot von Atomtests im Kalten Krieg zu überprüfen. Um sicherzugehen, dass die Russen keine Atomwaffen auf der anderen Seite des Mondes zur Detonation brachten, wurden die Vela-Raumschiffe aus den 1960er Jahren mit Gammastrahlendetektoren ausgestattet. Der Mond könnte die offensichtliche Signatur von Röntgenstrahlen von der anderen Seite abschirmen, aber Gammastrahlen würden direkt durch den Mond dringen und von den Vela-Satelliten wahrgenommen werden.
Bis 1965 stellte sich heraus, dass Ereignisse, die die Detektoren auslösten, aber eindeutig keine Signaturen für nukleare Detonationen waren, sorgfältig und heimlich für zukünftige Studien abgelegt wurden. 1972 konnten Astronomen die Richtungen zu den Ereignissen mit ausreichender Genauigkeit ableiten, um Sonne und Erde als Quellen auszuschließen. Sie kamen zu dem Schluss, dass diese Gammastrahlenereignisse „kosmischen Ursprungs“ waren. 1973 wurde diese Entdeckung im Astrophysical Journal angekündigt.
Dies sorgte in der astronomischen Gemeinschaft für Aufsehen, und Dutzende von Artikeln über GRBs und ihre Ursachen tauchten in der Literatur auf. Anfänglich vermuteten die meisten, dass der Ursprung dieser Ereignisse in unserer eigenen Galaxie lag. Bis zum Start des Compton Gamma Ray Observatory im Jahr 1991 waren die Fortschritte schmerzlich langsam. Dieser Satellit lieferte wichtige Daten, die darauf hinweisen, dass die Verteilung der GRBs nicht auf eine bestimmte Richtung im Raum ausgerichtet ist, beispielsweise auf die galaktische Ebene oder das Zentrum der Milchstraßengalaxie. GRBs kamen von überall um uns herum. Sie sind „kosmischen“ Ursprungs. Dies war ein großer Schritt in die richtige Richtung, führte jedoch zu weiteren Fragen.
Jahrzehntelang suchten Astronomen nach einem Gegenstück, einem astronomischen Objekt, das mit einem kürzlich beobachteten Ausbruch zusammenfällt. Aber die mangelnde Präzision bei der Lokalisierung von GRBs durch die Instrumente des Tages vereitelte Versuche, die Quellen dieser kosmischen Explosionen zu lokalisieren. 1997 entdeckte BeppoSAX kurz nach einem Ereignis einen GRB in Röntgenstrahlen, und das optische Nachleuchten wurde 20 Stunden später vom William Herschel-Teleskop nachgewiesen. Deep Imaging konnte eine schwache, entfernte Galaxie als Wirt des GRB identifizieren. Innerhalb eines Jahres war der Streit um die Entfernungen zu GRBs beendet. GRBs kommen in extrem weit entfernten Galaxien vor. Ihre Assoziation mit Supernovae und der Tod sehr massereicher Sterne gaben auch Hinweise auf die Natur der Systeme, die GRBs produzieren.
Es dauerte nicht lange, bis das Rennen begann, um optische Nachleuchten von erhitzten GRBs zu identifizieren, und neue Satelliten halfen dabei, die Positionen dieser Nachleuchten und ihrer Wirtsgalaxien zu bestimmen. Der 2004 gestartete Swift-Satellit ist mit einem sehr empfindlichen Gammastrahlendetektor sowie Röntgen- und optischen Teleskopen ausgestattet, die schnell geschwenkt werden können, um Nachglühemissionen nach einem Burst automatisch zu beobachten und eine Benachrichtigung an ein Netzwerk von zu senden Teleskope am Boden für schnelle Nachbeobachtungen.
Heute erkennen Astronomen zwei Klassifikationen von GRBs, Ereignisse von langer Dauer und Ereignisse von kurzer Dauer. Kurze Gammastrahlenausbrüche sind wahrscheinlich auf die Verschmelzung von Neutronensternen zurückzuführen und nicht mit Supernovae assoziiert. Langzeit-Gammastrahlen-Bursts (GRBs) sind entscheidend für das Verständnis der Physik von GRB-Explosionen, der Auswirkungen von GRBs auf ihre Umgebung sowie der Auswirkungen von GRBs auf die frühe Sternentstehung sowie die Geschichte und das Schicksal des Universums.
Während Röntgennachleuchten normalerweise für jeden GRB erkannt werden, weigerten sich einige immer noch, ihr optisches Nachleuchten aufzugeben. Ursprünglich waren diese GRBs mit Röntgenstrahlung, aber ohne optisches Nachleuchten „dunkle GRBs“ geprägt. Die Definition des „dunklen Gammastrahlen-Bursts“ wurde verfeinert, indem eine Zeit- und Helligkeitsgrenze hinzugefügt und die Gesamtenergieabgabe des GRB berechnet wurde.
Dieses Fehlen einer optischen Signatur könnte mehrere Ursachen haben. Das Nachleuchten könnte eine an sich geringe Leuchtkraft haben. Mit anderen Worten, es kann nur helle und schwache GRBs geben. Oder die optische Energie könnte durch intervenierendes Material stark absorbiert werden, entweder lokal um den GRB oder entlang der Sichtlinie durch die Wirtsgalaxie. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das Licht eine so hohe Rotverschiebung aufweist, dass eine Bedeckung und Absorption durch das intergalaktische Medium die Detektion im R-Band, das häufig für diese Detektionen verwendet wird, verhindern würde.
In der neuen Studie kombinierten Astronomen Swift-Daten mit neuen Beobachtungen, die mit GROND gemacht wurden, einem speziellen GRB-Follow-up-Instrument, das an das 2,2-Meter-MPG / ESO-Teleskop in La Silla in Chile angeschlossen ist. GROND ist ein außergewöhnliches Werkzeug für die Untersuchung von GRB-Nachleuchten. Es kann einen Burst innerhalb von Minuten nach einem Alarm von Swift beobachten und kann durch sieben Filter gleichzeitig den sichtbaren und nahinfraroten Teil des Spektrums abdecken.
Durch die Kombination von GROND-Daten, die durch diese sieben Filter aufgenommen wurden, mit Swift-Beobachtungen konnten Astronomen die vom Nachglühen bei stark unterschiedlichen Wellenlängen emittierte Lichtmenge genau bestimmen, von hochenergetischen Röntgenstrahlen bis zum nahen Infrarot. Sie verwendeten diese Daten dann, um direkt die Menge an undurchsichtigem Staub zwischen dem GRB und den Beobachtern auf der Erde zu messen. Zum Glück hat das Team festgestellt, dass dunkle GRBs keine exotischen Erklärungen erfordern.
Sie fanden heraus, dass ein erheblicher Teil der Bursts durch Verschleierung des Staubes auf etwa 60 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Intensität gedimmt wird. Dieser Effekt ist bei sehr weit entfernten Ausbrüchen übertrieben und lässt den Betrachter nur 30 bis 50 Prozent des Lichts sehen. Indem sie dies beweisen, haben diese Astronomen das Rätsel der fehlenden optischen Nachleuchten endgültig gelöst. Dunkle Gammastrahlen sind einfach solche, deren sichtbares Licht vollständig entfernt wurde, bevor es uns erreicht.
