Rasende Explosionen

Gammastrahlenausbrüche sind extrem energiereiche Explosionen innerhalb weit entfernter Galaxien. Sie sind derart stark, dass sie kurzzeitig die Leuchtkraft der gesamten Galaxie um ein Vielfaches übertreffen. Allerdings halten Gammastrahlenausbrüche nur kurz an, die beobachteten Dauern liegen zwischen weniger als einer Sekunde bis zu einigen Minuten.

Schon seit längerem vermuten Forscher, dass sich die explodierende Materie bei der Freisetzung solch enormer Energiemengen mit extrem hohen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen müsse. Beobachtet man die zeitliche Entwicklung der Helligkeit des Gammastrahlenausbruchs genau, so lässt sich die Geschwindigkeit der Explosion präzise ermitteln.

Am 18. April und am 7. Juni 2006 registrierte der NASA-Satellit Swift jeweils einen starken Gammastrahlenausbruch. Innerhalb weniger Sekunden wurde die jeweilige Position am Himmel ermittelt und zur Erde gefunkt. Daraufhin schwenkte ein 60-cm-Teleskop auf La Silla in Chile innerhalb von rund 40 Sekunden auf den entsprechenden Himmelsausschnitt und konnte das Nachleuchten im infraroten Licht aufzeichnen. Daraus ließ sich eine Lichtkurve aufstellen. Die beiden Ausbrüche fanden in 9,3 beziehungsweise 11,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung statt.

Bei beiden Ausbrüchen stieg zunächst die Helligkeit im Infraroten an und erreichte nach etwa 160 Sekunden ihren Höhepunkt, um danach relativ rasch wieder abzufallen. Nur selten ließ sich bislang das Maximum des infraroten Nachleuchtens und der weitere zeitliche Verlauf aufzeichnen. Aus der Lichtkurve konnte das Forscherteam um Emilio Molinari am Observatorium von Brera (Italien) die Ausbreitungsgeschwindigkeit der explodierenden Materie direkt ermitteln. In beiden Fällen betrug sie jeweils 99,9997 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit ist die maximal höchste mögliche Geschwindigkeit in unserem Universum. Sie beträgt rund 300000 Kilometer pro Sekunde.

Zur Angabe der Ausbreitungsgeschwindigkeit bedienten sich die Forscher des Lorentz-Faktors. Er ist ein Maß dafür, wie nahe die Geschwindigkeit eines Objekts der Lichtgeschwindigkeit kommt. Bei Objekten, die sich im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit nur langsam bewegen, liegt der Lorentz-Faktor nahe bei 1, bei den beobachteten Gammastrahlenausbrüchen bei rund 400. Eine genaue Definition des Lorentz-Faktors finden sie hier.

Tatsächlich ist es relativ einfach möglich, einzelne Teilchen auf Geschwindigkeiten zu beschleunigen, die noch wesentlich näher an der Lichtgeschwindigkeit liegen. Die Masse der in den beiden Gammastrahlenausbrüchen beschleunigten Materie muss aber mindestens das 200-fache der Erdmasse betragen haben. "Man möchte dieser Materie möglichst nicht in die Quere kommen," sagte das Teammitglied Susanna Vergani. Allerdings ist nach wie vor unklar, welcher Mechanismus derart große Mengen von Materie so stark beschleunigen kann.

Für die Messungen verwendet das Team das REM-Teleskop, ein relativ kleines Spezialteleskop, welches auf einer schnell schwenkbaren Montierung mit der Bezeichnung "Rapid Eye Mount (REM)" angebracht ist. Das speziell für die Beobachtung des infraroten Nachleuchtens von Gammastrahlenausbrüchen konzipierte Instrument lässt sich innerhalb weniger Sekunden auf jede Region des Himmels ausrichten.

TA