Die Präsenz ungewöhnlich energiereicher Gammastrahlen im Nachglühen mancher intensiver Gammablitze könnte durch ein neues mathematisches Modell erklärt werden. Das Modell wurde von Forschern am RIKEN-Institut in Japan entwickelt. Das Ergebnis könnte helfen, Licht auf den Ursprung von Gammablitzen zu werfen.
Ein Gammablitz ist ein spektakulärer Energieausbruch, der von gewaltigen Ereignissen wie dem explosiven Tod eines massereichen Sterns oder der Kollision zweier Neutronensterne produziert wird. Ein Gammablitz schießt auch einen Materie- und Energiejet in die Materie, die den Stern umgab, wodurch Protonen und Elektronen angeregt werden und beginnen Strahlung zu emittieren. Die emittierten Photonen reichen vom Radiowellenbereich bis in den Gammabereich und können von der Erde aus als das Nachglühen eines Gammablitzes beobachtet werden.
Die große Mehrheit der Beobachtungen vom Nachglühen eines Gammablitzes kann durch aktuelle Theorien erklärt werden, was keine große Überraschung ist: Sie wären nicht die aktuellen Theorien, wenn sie nicht zur Realität passen würden. Aber das Nachglühen zweier kürzlicher Gammablitze produzierte Gammastrahlen mit ungewöhnlich hohen Energien, die diese Theorien strapazieren. „Die Überraschung bei diesen beiden Gammablitzen bestand darin, dass wir derart energiereiche Photonen bisher nie registriert hatten“, sagte Donald Warren vom RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences Program (iTHEMS).
Um die ungewöhnlichen Gammastrahlen zu erklären, verglichen die Forscher zwei theoretische Modelle des Nachglühens. Das erste basierte auf der konventionellen Theorie, welche besagt, dass die Energieverteilung der angeregten Elektronen einer recht einfachen Kurve folgt, einem sogenannten Potenzgesetz. In diesem Szenario besitzen die meisten Elektronen relativ wenig Energie und nur ein paar von ihnen besitzen die höchsten Energien. Es ist wichtig, das relative Verhältnis im Blick zu behalten: „Sogar die energieärmsten Photonen hier wären die Könige der Energie im Sonnensystem“, sagte Warren.
Ihr zweites Modell ergänzte einige sogenannte thermale Elektronen. Diese haben eine andere Energieverteilung, die der Art und Weise ähnelt, wie Moleküle in einem heißen Gas ihre Energie verteilen. „Weil die beiden Modelle unterschiedliche Elektronenzahlen bei bestimmten Energien vorhersagen, sagen sie infolge dessen auch unterschiedliche Photonenemissionen voraus“, sagte Warren.
Das zweite Modell enthält mehr Elektronen mit genau der richtigen Energie, um die hochenergetischen Gammastrahlen im Nachglühen der beiden energiereichen Gammablitze zu erzeugen. „Die wichtigste Schlussfolgerung in der Studie lautet, dass thermale Elektronen die Emissionen der höchsten Photonenenergien entscheidend verstärken“, sagte Warren.
Das bedeutet, dass das zweite Modell möglicherweise eine bessere Beschreibung des Nachglühens von Gammablitzen liefert. „Der nächste Schritt besteht darin, dieses neue Modell zu nutzen, um die Parameter einiger Gammablitze zu schätzen und sicherzustellen, dass es zu den Beobachtungen zumindest so gut passt wie die aktuellen Modelle“, sagte Warren. Das könnte Astronomen letztendlich helfen, ihre Theorien über die Entstehung von Gammablitzen zu verfeinern.
(THK)
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