Wir haben die stärksten Gammastrahlenausbrüche aller Zeiten entdeckt

Gammastrahlenausbruch

GammastrahlenausbruchDESY, Wissenschaftskommunikationslabor

Gammastrahlenausbrüche sind die stärksten Explosionen im bekannten Universum, von denen angenommen wird, dass sie ausgelöst werden, wenn ein massereicher Stern in ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern kollabiert.

Jetzt haben Wissenschaftler gerade ein Paar von ihnen entdeckt, das mächtiger ist, als wir uns hätten vorstellen können. In einem Trio von Neu Papiere veröffentlicht in Natur , berichten zwei Teams von Astronomen über die Entdeckung von zwei Gammastrahlenausbrüchen, die jeweils Energiemesswerte aussendeten, die diese übertrafen der vorherige rekordverdächtige Burst , einschließlich einer, die über 10-mal stärker ist. Es ist ein beispielloses Paar von Erkenntnissen, die uns helfen sollten, mehr dieser exotischen Ereignisse zu finden und ein klareres Bild davon zu zeichnen, was vor Milliarden und Abermilliarden von Jahren in entfernten Teilen des Universums vor sich ging.



Gammastrahlenausbrüche sind stärker, als wir jemals wussten, sagt Razmik Mirzoyan, Astrophysiker am Max-Planck-Institut und Co-Autor von zwei der Veröffentlichungen. Es ist absolut bemerkenswert.

Die Detektionen wurden von zwei Observatorien durchgeführt: dem Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) System, das zwei Teleskope verwendet, die sich auf einer der Kanarischen Inseln befinden, und dem High Energy Stereoscopic System (HESS), einer Anordnung von fünf Teleskopen in Namibia. Beide Standorte verwenden sogenannte Imaging Air Cherenkov Telescopes (IACTs).

Wenn hochenergetische Gammastrahlen auf die Erdatmosphäre treffen, bewirkt die Wechselwirkung, dass sich Luftmoleküle in eine Kaskade von Elektron-Positron-Paaren verwandeln. Diese Paare rasen durch die Atmosphäre und setzen etwas frei, das als Tscherenkow-Strahlung bekannt ist. Die IACTs beobachten diesen Strahlungsschauer, und die resultierenden Daten können rekonstruiert und analysiert werden, um die Energie und Richtung der ursprünglichen hochenergetischen Photonen – der Gammastrahlen – zu bestimmen, die auf die Atmosphäre treffen.

Der erste Ausbruch, GRB 190114C, wurde am 14. Januar gefunden. Zunächst von zwei Weltraumteleskopen entdeckt, wurde er dann von HESS verifiziert und eingehend beobachtet, sobald seine Koordinaten bekannt waren. MAGIC detektierte Photonenenergien im Nachleuchten von GRB 190114C (dem verblassenden Teil der Emission), die über dem Teraelektronenvolt (TeV)-Bereich lagen, der eine Billion Mal energiereicher ist als sichtbares Licht (sichtbares Licht liegt bei etwa 1 eV). Bis jetzt war der Krebsnebel die hellste bekannte Quelle von TeV-Energien. Dieser neue Ausbruch stellt diese Energien um den Faktor 100 in den Schatten und ist nun der Rekordhalter für die hellste bekannte Quelle von TeV-Photonen.

Der zweite Ausbruch, GRB 180720B, wurde am 20. Juli 2018 entdeckt. Er hatte Energien weit über 0,1 TeV, war aber immer noch schwächer als 1 TeV. Frühere Gammastrahlenausbrüche waren nicht über 100 GeV gesehen worden. Die Ausbrüche wurden in der Nachleuchtphase gemessen, die Anfangsenergien der Emissionen müssen also noch höher gewesen sein, sagt Mirzoyan.

Folgebeobachtungen mit anderen Observatorien und Instrumenten zeigen, dass GRB 190114C aus einer 4,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie stammt, während GRB 180720B 6 Milliarden Lichtjahre entfernt entstand.

Alle Gammastrahlenausbrüche werden außerhalb der Milchstraße erzeugt, typischerweise Milliarden von Lichtjahren entfernt in Galaxien mit vielen massereichen Sternentstehungen. Obwohl wir nicht genau wissen, was diese besonderen verursacht hat, wissen wir, dass es sich bei beiden um lang anhaltende Ausbrüche handelt. Das bedeutet, dass sie produziert werden, wenn ein seltener Typ eines massiven, sich schnell drehenden Sterns plötzlich in ein mächtiges Schwarzes Loch oder einen schnell rotierenden, hochmagnetisierten Neutronenstern namens Magnetar kollabiert, sagt Bing Zhang, ein Astrophysiker an der Universität von Nevada, Las Vegas, der war nicht an den Studien beteiligt. Jedes Objekt kann Gammastrahlenausbrüche erzeugen, und in diesem Fall wurden sie direkt auf die Erde gestrahlt, zum Glück für Astronomen.

Die beiden neuen Gammablitze sind nicht nur rekordverdächtige Funde, sondern geben uns auch einen Einblick in die genaue Entstehung dieser Phänomene. Der einzige Mechanismus, der zu solch hochenergetischen Emissionen führen könnte, ist eine Aufwärtsstreuung von Photonen in höhere Energien, die durch Kollisionen mit beschleunigten Elektronen induziert wird. Viele Wissenschaftler, einschließlich Zhang, haben lange die Theorie aufgestellt, dass ein solcher Mechanismus existiert.

Wie beim Nachweis von Gravitationswellen besteht die große Hoffnung darin, dass wir mit dieser Entdeckung mehr hochenergetische Gammastrahlenausbrüche erkennen und noch detaillierter charakterisieren können. Objekte, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind, sind unglaublich schwer zu untersuchen. Gammastrahlenausbrüche sind einige der einzigen Signale, die wir erkennen können, die uns irgendetwas darüber sagen können, was so weit entfernt passiert.

Dieser Beitrag wurde geändert, um mehr Kontext über die von diesen neuesten Burst-Erkennungen emittierte Energie zu bieten.

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