Dunkler Gammastrahlenausbruch GRB020819. Bildnachweis: Keck. Klicken um zu vergrößern.
Praktisch alles, was wir über das Universum wissen, kommt durch die Vermittlung von Licht zu uns. Im Gegensatz zur Materie ist Licht einzigartig geeignet, um die weiten Entfernungen über den Raum zu unseren Instrumenten zurückzulegen. Die meisten astronomischen Phänomene sind jedoch beständig und wiederholbar - wir können uns darauf verlassen, dass sie zur Langzeitbeobachtung „herumhängen“ oder regelmäßig „zurückkommen“. Dies gilt jedoch nicht für Gammastrahlen-Bursts (GRBs) - jene mysteriösen kosmologischen Ereignisse, die Photonen (und subatomare Teilchen) mit absurd hohen Energieniveaus aufladen.
Der erste nachgewiesene himmlische GRB trat 1967 während der Überwachung des Atomwaffenvertrags auf. Dieses Ereignis erforderte jahrelange Analysen, bevor sein außerirdischer Ursprung bestätigt wurde. Nach dieser Entdeckung wurden primitive Triangulationsmethoden unter Verwendung von Detektoren eingeführt, die sich auf verschiedenen Raumsonden innerhalb des Interplanetary Network (IPN) befanden. Solche Methoden erforderten viel Zahlenkalkulation und machten eine sofortige Nachverfolgung mit erdbasierten Instrumenten unmöglich. Trotz der damit verbundenen Verzögerungen wurden Hunderte von Gammastrahlenquellen katalogisiert. Selbst über das Internet würde es heute noch einige Tage dauern, um mit einem IPN-Erkennungsansatz zu antworten.
All dies begann sich 1991 zu ändern, als die NASA das Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) mit dem Space Shuttle Atlantis als Teil ihres Programms „Great Observatories“ ins All brachte. Innerhalb von vier Monaten nach dem Scannen des Himmels machte CGRO den Astronomen klar, dass das Universum fast täglich sporadischen und weit verbreiteten Gammastrahlenparoxysmen ausgesetzt war - Paroxysmen, die durch kataklysmische Ereignisse verursacht wurden, die große Mengen an Gamma- und anderer energiereicher Strahlung über den Himmel schleudern Abgrund der Raumzeit.
CGRO hatte jedoch eine Haupteinschränkung: Obwohl es Gammastrahlen erkennen und Astronomen schnell alarmieren konnte, war es nicht besonders genau, wo solche Ereignisse im Weltraum stattfanden. Aufgrund dieses großen „Fehlerkreises“ konnten Astronomen das sichtbare Licht „Nachglühen“ solcher Ereignisse nicht lokalisieren. Trotz dieser Einschränkung entdeckte CGRO Hunderte von kontinuierlichen, periodischen und episodischen Gammastrahlenquellen - einschließlich Supernovae, Pulsaren, Schwarzen Löchern, Quasaren und sogar der Erde selbst! In der Zwischenzeit entdeckte CGRO auch etwas Unerwartetes - bestimmte Pulsare fungierten als Schmalbandsender von Gammastrahlen ohne begleitendes sichtbares Licht - und darin lag das erste Gefühl des Astronomen für „dunkle“ GRBs.
Heute wissen wir, dass „dunkle Pulsare“ nicht die einzigen „dunklen“ Gammastrahlenquellen im Universum sind. Astronomen haben festgestellt, dass ein kleiner Teil der episodischen (einmaligen) GRBs auch wenig sichtbares Licht aufweist, und sie möchten - wie jeder, der von dem Ungewöhnlichen und Unerklärlichen gekitzelt wird - wissen, warum. Tatsächlich sind GRBs so einzigartig, dass Liebhaber oft sagen: "Wenn Sie einen GRB gesehen haben, haben Sie einen GRB gesehen."
Der erste Satellit, der die optische Erkennung von GRB-Nachleuchten vereinfachte, war BeppoSAX. BeppoSAX wurde Mitte der 90er Jahre von der italienischen Weltraumbehörde entwickelt und am 30. April 1996 von Cape Canaveral aus gestartet. Bis 2002 wurden weiterhin Röntgenemissionsquellen erkannt und lokalisiert. Der Fehlerkreis von BeppoSax war klein genug, um es optischen Astronomen zu ermöglichen, viele GRB schnell aufzuspüren Nachleuchten für detaillierte Untersuchungen im sichtbaren Licht mit Instrumenten auf der Erde.
BeppoSAX trat am 29. April 2003 wieder in die Erdatmosphäre ein, aber zu diesem Zeitpunkt befand sich der Ersatz der NASA (HETE-2, der High Energy Transient Explorer-2) bereits mehrere Jahre auf einer Station im erdnahen Orbit. Instrumente auf HETE-2 (seine erste Inkarnation HETE konnte sich 1996 nicht von der dritten Stufe seiner Pegasus-Rakete trennen) erweiterten den Bereich der Röntgendetektion und lieferten noch engere Fehlerkreise - genau das, was Astronomen brauchten, um ihre Reaktionszeit zu verbessern Lokalisieren von GRB-Nachleuchten.
Zwei Jahre und einige Monate später (Montag, 19. August 2002) löste HETE-2 die Schnickschnack aus, als irgendwo in der Nähe des Kopfes des Sternbilds Fische die Fische eine starke Gammastrahlenquelle entdeckt wurde. Dieses Ereignis (mit GRB 020819 bezeichnet) veranlasste eine Reihe von astronomischen Observatorien, Photonen mit Hochfrequenz, nahem Infrarot und sichtbarem Licht zu erfassen, um festzustellen, wo das Ereignis aufgetreten ist, und um das Phänomen zu verstehen, das es antreibt.
Laut dem am 2. Mai 2005 von einem internationalen Forscherteam (einschließlich Pall Jakobsson vom Niels Bohr Institut, Kopenhagen, Dänemark, der diesen Artikel geprüft hat) veröffentlichten Papier „Das Radio-Nachglühen und die Host-Galaxie der Dunkelheit GRB 020819“ innerhalb von 4 Stunden nach Detektion Das 1-Meter-Teleskop des Siding Spring Observatory (SSO) in Australien wurde in eine Region gedreht, die weniger als 1/7 des scheinbaren Durchmessers des Mondes beträgt. 13 Stunden später ein zweites, etwas größeres Instrument - die 1,5-Meter-P60-Einheit am Mt. Palomar - schloss sich auch der Verfolgung an. Keines der Instrumente hat - obwohl es so schwaches Licht wie die Stärke 22 einfing - etwas Ungewöhnliches für diese Region des Weltraums eingefangen. Eine große und extrem fotogene Spiralgalaxie mit einer Größe von 19,5 fiel jedoch gut in die Reichweite ihrer Instrumente.
Fünfzehn Tage später bildete das 10-Meter-Keck-ESI-Instrument auf Mauna Kea, Hawaii, dieselbe Region in blauem und rotem Licht bis zu einer Stärke von 26,9 ab. In dieser optischen Tiefe war 3 Bogensekunden nördlich der Spiralgalaxie ein deutlicher "Blob" der 24. Größe (vermutlich eine HII-Sternentstehungsregion) zu sehen. Ein letzter Versuch, etwas weiter zu entdecken, wurde am 1. Januar 2003 unternommen - wiederum mit dem Keck 10-Meter. Bei optischem Licht, das aus der Region von GRB 020819 austrat, wurde keine Änderung beobachtet. All dies bestätigte, dass kein sichtbares Nachleuchten den Gammastrahlenausbruch begleitete, der etwa 134 Tage zuvor von HETE-2 festgestellt worden war. Das Untersuchungsteam hatte seinen "dunklen Gammastrahlenburster". Später würde die Aufgabe kommen, herauszufinden, was zum Teufel es war - oder zumindest nicht ...
Während des gesamten Zyklus der optischen Inspektion und der Inspektion im nahen Infrarot wurde der Bereich des Bursts periodisch in Radiowellenfrequenzen überwacht. Mit dem VLA (Very Large Array - bestehend aus 27 Y-konfigurierten 25-Meter-Schalen, die sich fünfzig Meilen westlich von Socorro, New Mexico, befinden) gelang es dem Team, eine schwindende Spur von 8,48 GHz Strahlung zu erfassen und das Gebietsschema zu identifizieren.
Erste Funkwellen von GRB 020819 wurden 1,75 Tage nach dem HETE-2-Alarm gesammelt. Am Tag 157 flachten die HF-Energieniveaus bis zu einem Punkt ab, an dem die Quelle nicht mehr mit Sicherheit gesehen werden konnte. Zu diesem Zeitpunkt war seine Position jedoch auf den „Blob“ drei Bogensekunden nördlich des Kerns der zuvor unbekannten Spiralgalaxie genau festgelegt worden. Leider konnte aufgrund seiner Ohnmacht der Abstand zum Blob selbst nicht spektrographisch bestimmt werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Galaxie etwa 6,2 BLY entfernt liegt und hinsichtlich der Beziehung zur Quelle ein „hohes Vertrauen“ genießt.
Infolge solcher Untersuchungen lernen Astronomen nun mehr und mehr etwas über eine Klasse katastrophaler Ereignisse, die zu massiven Flüssen von Photonen mit hoher und niedriger Energie führen, während Zwischenfrequenzen wie ultraviolettes, sichtbares und nahes Infrarotlicht fast vollständig übersprungen werden. Gibt es irgendetwas, das das erklären könnte?
Basierend auf dem Lernen von GRB 020819 untersuchte das Team drei Feuerball-Schock-Modelle, wie dunkle GRBs auftreten könnten. Von den dreien (eine gleichmäßige Ausdehnung von hochenergetischen Gasen in ein homogenes Medium, eine gleichmäßige Ausdehnung in ein geschichtetes Medium und ein kollimierter Strahl, der beide Medientypen durchdringt) war die beste Anpassung an das Verhalten von GRB 020819 die einer gleichmäßigen Ausdehnung von hochenergetischen Gasen in ein homogenes Medium anderer Gase (ein Modell, das erstmals 1998 vom Astrophysiker R. Sari et al. vorgeschlagen wurde). Die Tugend dieses isotropen Expansionsmodells besteht (nach den Worten des Untersuchungsteams) darin, dass „nur eine bescheidene Menge an Extinktion herangezogen werden muss“, um das Fehlen von sichtbarem Licht zu erklären.
Zusätzlich zur Einschränkung des Bereichs möglicher Szenarien im Zusammenhang mit dunklen GRBs kam das Team zu dem Schluss, dass „GRB 020819, ein relativ nahe gelegener Burst, nur einer von zwei der 14 GRBs ist, die innerhalb von (2 Bogenminuten mit HETE-2) lokalisiert sind habe keine gemeldete OA. Dies stützt die jüngste These, dass der Anteil der dunklen Bursts weitaus geringer ist als bisher angenommen, vielleicht nur 10%. “
Geschrieben von Jeff Barbour
