Die verborgene Energie der Gammablitze

Künstlerische Darstellung des Gammablitzes GRB191221B (links) und Bilder in normalem und polarisiertem Licht. (Credits: Urata et al. / Yu-Sin Huang / MITOS Science CO., LTD.)
Künstlerische Darstellung des Gammablitzes GRB191221B (links) und Bilder in normalem und polarisiertem Licht. (Credits: Urata et al. / Yu-Sin Huang / MITOS Science CO., LTD.)

Gammablitze sind die hellsten Explosionen im Universum und erlauben Astronomen die Beobachtung intensiver Gammastrahlen in kurzen Zeitperioden. Gammablitze werden entweder als kurz oder lang klassifiziert, wobei die längeren Gammablitze entstehen, wenn massereiche Sterne sterben. Deswegen geben sie versteckte Hinweise über die Entwicklung des Universums.

Gammablitze emittieren Gammastrahlung und ebenso Radiowellen, optische Wellenlängen und Röntgenstrahlen. Wenn die Umwandlung von Explosionsenergie in emittierte Energie (also die Umwandlungseffizienz) hoch ist, kann die gesamte Explosionsenergie berechnet werden, indem einfach die gesamte emittierte Energie zusammengezählt wird. Aber wenn die Umwandlungseffizienz gering oder unbekannt ist, reicht das Messen der emittierten Energie alleine nicht aus.

Jetzt ist es einem Astrophysikerteam gelungen, die verborgene Energie eines Gammablitzes zu messen, indem die Lichtpolarisation genutzt wurde. Das Team wurde von Dr. Yuji Urata von der National Central University in Taiwan und MITOS Science CO, LTD sowie Professor Kenji Toma vom Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences (FRIS) der Tohoku University geleitet. Die Einzelheiten ihrer Ergebnisse wurden am 8. Dezember 2022 im Journal Nature Astronomy veröffentlicht.

Wenn eine elektromagnetische Welle polarisiert wird, bedeutet dies, dass die Schwingung dieser Welle in einer Richtung erfolgt. Während das Licht von Sternen nicht polarisiert ist, gilt dies jedoch für die Reflexionen dieses Lichts. Viele Alltagsgegenstände wie Sonnenbrillen und Lichtschutzschirme verwenden die Polarisation, um das blendende Licht zu reduzieren.

Die Messung des Polarisationsgrades wird als Polarimetrie bezeichnet. In astrophysikalischen Beobachtungen ist die Messung der Polarimetrie eines Himmelskörpers nicht so leicht wie die Messung seiner Helligkeit. Aber sie bietet wertvolle Informationen über die physikalischen Bedingungen der Objekte.

Das Team betrachtete einen Gammablitz, der am 21. Dezember 2019 stattfand: GRB191221B. Mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte und dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – zwei der besten Teleskope im optischen und Radiobereich – berechneten sie die Polarimetrie der schnell abschwächenden Emissionen von GRB191221B. Dann maßen sie erfolgreich die optische und Radiopolarisation gleichzeitig und stellten fest, dass der Polarisationsgrad der Radioemission deutlich geringer ist als jener der optischen Emission.

“Dieser Unterschied in der Polarisation der beiden Wellenlängen offenbart detaillierte physikalische Bedingungen der Region, aus der der Gammablitz hervorging”, sagte Toma. “Insbesondere erlaubte er uns die Messung der bislang unmessbaren verborgenen Energie.”

Als das Team die verborgene Energie berücksichtigte, zeigte sich, dass die Gesamtenergie etwa 3,5 Mal größer war als vorherige Schätzungen.

Da die Explosionsenergie die Gravitationsenergie des Vorläufersterns repräsentiert, hat die Möglichkeit zur Messung dieses Parameters wichtige Auswirkungen auf die Bestimmung der Massen von Sternen.

“Die wahren Massen der Vorläufersterne zu kennen, wird helfen, die Evolutionsgeschichte des Universums zu verstehen”, sagte Toma. “Die ersten Sterne im Universum könnten entdeckt werden, wenn wir ihre langen Gammablitze registrieren können.”

Quelle

(THK)

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