Schockwellen in einem entfernten Gammastrahlenausbruch

Ein optisches Bild eines Himmelsausschnitts mit einer schwachen Galaxie (weiße Markierung), wo im Jahr 2014 ein Gammastrahlenausbruch (GRB) stattfand. Die Studie ergab, dass sein Ursprung eine Supernova war. Dennoch zeigt er Anzeichen für Schockwellen, die typisch für einen anderen GRB-Typ sind. (Cano et al.)
Ein optisches Bild eines Himmelsausschnitts mit einer schwachen Galaxie (weiße Markierung), wo im Jahr 2014 ein Gammastrahlenausbruch (GRB) stattfand. Die Studie ergab, dass sein Ursprung eine Supernova war. Dennoch zeigt er Anzeichen für Schockwellen, die typisch für einen anderen GRB-Typ sind. (Cano et al.)

Gammastrahlenausbrüche (Gamma Ray Bursts, GRBs) sind Blitze aus hochenergetischem Licht, die etwa einmal täglich zufällig am Himmel aufleuchten und die hellsten Ereignisse im bekannten Universum sind. Während ein Gammastrahlenausbruch stattfindet, ist er viele Millionen Mal heller als eine gesamte Galaxie. Astronomen sind gespannt, ihre Natur zu enträtseln – nicht nur wegen ihrer dramatischen Energien, sondern auch weil ihre enorme Helligkeit ihnen erlaubt, dass sie über kosmologische Distanzen und Zeiten hinweg beobachtet werden können, was ein Fenster in das junge Universum öffnet.

Es scheint zwei Arten von Gammastrahlenausbrüchen zu geben: Solche, die mit dem Tod massereicher Sterne in Zusammenhang stehen, und solche, die bei der Verschmelzung zweier extremer Objekte (Neutronensterne oder Schwarze Löcher) entstehen, welche sich in einem Doppelsystem umkreisten. Die beiden Arten können im Allgemeinen durch die Dauer des Ausbruchs unterschieden werden. Erstere dauern länger als ein paar Sekunden an, während die letzteren kürzer sind. Astronomen vermuten, dass beide GRB-Arten trotz der Unterschiede heiße Akkretionsscheiben besitzen, was zu der Ausbildung bipolarer Jets aus geladenen Teilchen führt, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen.

Im Standardmodell erzeugen Schockwellen innerhalb des Feuerballs die Gammastrahlen im ersten Fall mit der längeren Dauer. Im zweiten Fall wird der ursprüngliche Gammastrahlenausbruch durch Schockwellen aufgrund der Wechselwirkungen der Jets mit dem äußeren Medium produziert. Viele Einzelheiten sind in beiden Szenarien allerdings ähnlich, wohingegen andere Merkmale von der Art des Ausbruchs abhängen. Astronomen versuchen, diese verschiedenen Parameter einzugrenzen, so dass sie den Ursprung jedes Gammastrahlenausbruchs präziser aufspüren können.

Die Astronomin Raffaella Margutti vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und ihre Kollegen nutzten mehrere bodengestützte Teleskope, um Nachfolgebeobachtungen eines Gammastrahlenausbruchs durchzuführen, der im Juni 2014 stattfand. Sie untersuchten das Nachglühen in der Zeitspanne von drei Tagen nach der erstmaligen Registrierung bis etwa 120 Tage später. Die Forscher schlussfolgern, dass der Ausbruch mit dem Tod eines massereichen Sterns (einer Supernova) in Zusammenhang stand. Aber sie stellten fest, dass ein Teil seiner Emissionen offenbar aus Schockwellen resultierte, die außerhalb des Feuerballs lagen, so wie bei dem weniger hellen GRB-Typ.

Die Ergebnisse stimmen mit den Vorhersagen von Supernova-Modellen überein, aber die Tatsache, dass dieses Objekt beide Typen umfasst, unterstreicht die Komplexität der sich manchmal überschneidenden physikalischen Prozesse und die Bedeutung von Beobachtungen in mehreren Wellenlängen.

Abhandlung: “GRB 140606B/iPTF14bfu: Detection of Shock-Breakout Emission from a Cosmological Gamma-Ray Burst” von Zach Cano, A. de Ugarte Postigo, D. Perley, T. Kruhler, R. Margutti, M. Friis, D. Malesani, P. Jakobsson, J. P. U. Fynbo, J. Gorosabel, J. Hjorth, R. Sanchez-Ramirez, S. Schulze, N. R. Tanvir, C. C. Thone und D. Xu, MNRAS 452, 1535, 2015

Quelle: https://www.cfa.harvard.edu/news/su201537

(THK)

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