Die Lebenssequenz der Sterne endet mit der Bildung eines Schwarzen Lochs. Bildnachweis: Nicolle Rager Fuller / NSF Zum Vergrößern anklicken
Nur wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall erschöpfte ein massereicher Stern seinen Treibstoff, brach als Schwarzes Loch zusammen und explodierte als Gammastrahlenausbruch. Die Strahlung dieses katastrophalen Ereignisses hat erst jetzt die Erde erreicht, und Astronomen nutzen sie, um auf die frühesten Momente des Universums zurückzublicken. Der Burst mit dem Namen GRB 050904 wurde am 4. September 2005 vom Swift-Satelliten der NASA beobachtet. Eine ungewöhnliche Sache an diesem Burst ist, dass er 500 Sekunden dauerte - die meisten sind in einem Bruchteil dieser Zeit vorbei.
Es kam vom Rand des sichtbaren Universums, der entferntesten Explosion, die jemals entdeckt wurde.
In der dieswöchigen Ausgabe von Nature diskutieren Wissenschaftler der Penn State University und ihre Kollegen aus den USA und Europa, wie diese Explosion, die am 4. September 2005 entdeckt wurde, das Ergebnis eines massiven Sterns war, der in ein Schwarzes Loch einstürzte.
Die Explosion, die als Gammastrahlenausbruch bezeichnet wird, stammt aus einer Zeit kurz nach der Entstehung von Sternen und Galaxien, etwa 500 Millionen bis 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall. Das Universum ist jetzt 13,7 Milliarden Jahre alt, daher dient der September-Ausbruch als Sonde, um die Bedingungen des frühen Universums zu untersuchen.
"Dies war ein massereicher Stern, der schnell lebte und jung starb", sagte David Burrows, leitender Wissenschaftler und Professor für Astronomie und Astrophysik am Penn State, Mitautor eines der drei Berichte über diese Explosion, die diese Woche in Nature veröffentlicht wurden. "Dieser Stern war wahrscheinlich ganz anders als die Art, die wir heute sehen, die Art, die nur im frühen Universum existieren konnte."
Der Burst mit dem Namen GRB 050904 nach dem Datum, an dem er entdeckt wurde, wurde vom Swift-Satelliten der NASA erkannt, der von Penn State betrieben wird. Swift lieferte die Burst-Koordinaten, damit andere Satelliten und bodengestützte Teleskope den Burst beobachten konnten. Bursts dauern normalerweise nur 10 Sekunden, aber das Nachleuchten hält einige Tage an.
GRB 050904 stammt aus 13 Milliarden Lichtjahren von der Erde, was bedeutet, dass es vor 13 Milliarden Jahren stattgefunden hat, denn es dauerte so lange, bis das Licht uns erreichte. Wissenschaftler haben nur wenige Objekte entdeckt, die mehr als 12 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Daher ist der Ausbruch äußerst wichtig, um das Universum außerhalb der Reichweite der größten Teleskope zu verstehen.
"Da der Ausbruch heller als eine Milliarde Sonnen war, konnten viele Teleskope ihn sogar aus so großer Entfernung untersuchen", sagte Burrows, dessen Analyse sich hauptsächlich auf Swift-Daten seiner drei Teleskope konzentriert, die eine Reihe von Gammastrahlen und Röntgenstrahlen abdecken bzw. ultraviolette / optische Wellenlängen. Burrows ist der leitende Wissenschaftler für Swifts Röntgenteleskop.
Das Swift-Team fand in GRB 050904 mehrere einzigartige Merkmale. Der Ausbruch dauerte lange - etwa 500 Sekunden - und das hintere Ende des Ausbruchs wies mehrere Fackeln auf. Diese Eigenschaften implizieren, dass sich das neu geschaffene Schwarze Loch nicht sofort gebildet hat, wie einige Wissenschaftler gedacht haben, sondern dass es sich um ein längeres, chaotisches Ereignis handelte.
Engere Gammastrahlenausbrüche haben nicht so viel Aufflackern, was bedeutet, dass sich die frühesten Schwarzen Löcher möglicherweise anders gebildet haben als in der Neuzeit, sagte Burrows. Der Unterschied könnte sein, dass die ersten Sterne massereicher waren als moderne Sterne. Oder es könnte das Ergebnis der Umgebung des frühen Universums sein, als die ersten Sterne begannen, Wasserstoff und Helium (das im Urknall erzeugt wurde) in schwerere Elemente umzuwandeln.
GRB 050904 zeigt nach Angaben von bodengestützten Teleskopen tatsächlich Hinweise auf neu geprägte schwerere Elemente. Diese Entdeckung ist Gegenstand eines zweiten Nature-Artikels einer japanischen Gruppe unter der Leitung von Nobuyuki Kawai am Tokyo Institute of Technology.
GRB 050904 zeigte auch eine Zeitdilatation, ein Ergebnis der enormen Expansion des Universums während der 13 Milliarden Jahre, die das Licht brauchte, um uns auf der Erde zu erreichen. Diese Erweiterung führt dazu, dass das Licht viel röter erscheint als bei der Emission im Burst, und es verändert auch unsere Wahrnehmung der Zeit im Vergleich zur internen Uhr des Bursts.
Diese Faktoren wirkten sich positiv auf die Wissenschaftler aus. Das Penn State Team schaltete Swifts Instrumente etwa 2 Minuten nach Beginn der Veranstaltung auf Burst. Der Ausbruch entwickelte sich jedoch wie in Zeitlupe und dauerte nur etwa 23 Sekunden. So konnten Wissenschaftler den Ausbruch sehr früh erkennen.
Nur ein anderes Objekt - ein Quasar - wurde in größerer Entfernung entdeckt. Während Quasare supermassereiche Schwarze Löcher sind, die die Masse von Milliarden von Sternen enthalten, kommt dieser Ausbruch von einem einzelnen Stern. Der Nachweis von GRB 050904 bestätigt, dass sich massive Sterne mit den ältesten Quasaren vermischten. Es bestätigt auch, dass noch mehr Explosionen entfernter Sterne - vielleicht von den ersten Sternen, sagen Theoretiker - durch eine Kombination von Beobachtungen mit Swift und anderen Weltklasse-Teleskopen untersucht werden können.
"Wir haben Swift so konzipiert, dass es nach schwachen Ausbrüchen vom Rand des Universums sucht", sagte Neil Gehrels vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, Swifts Hauptforscher. "Jetzt haben wir eine und es ist faszinierend. Zum ersten Mal können wir von Anfang an etwas über einzelne Sterne lernen. Es gibt sicherlich noch viel mehr da draußen. “
Swift wurde im November 2004 eingeführt und war im Januar 2005 voll funktionsfähig. Swift verfügt über drei Hauptinstrumente: das Burst-Alert-Teleskop, das Röntgenteleskop und das Ultraviolett- / Optische Teleskop. Der Gammastrahlendetektor von Swift, das Burst Alert Telescope, liefert den schnellen Ausgangsort. Er wurde hauptsächlich vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt und dem Los Alamos National Laboratory gebaut und bei GSFC gebaut. Das Röntgenteleskop und das UV / Optische Teleskop von Swift wurden von internationalen Teams unter der Leitung von Penn State entwickelt und gebaut und stützten sich stark auf die Erfahrungen jeder Institution mit früheren Weltraummissionen. Das Röntgenteleskop entstand aus der Zusammenarbeit von Penn State mit der Universität von Leicester in England und dem Brera Astronomical Observatory in Italien. Das ultraviolette / optische Teleskop entstand aus der Zusammenarbeit von Penn State mit dem Mullard Space Science Laboratory des University College-London. Mit diesen drei Teleskopen kann Swift die meisten Gammastrahlenexplosionen fast sofort nachverfolgen, da sich Swift so schnell drehen kann, dass es auf die Quelle des Gammastrahlensignals zeigt.
Originalquelle: PSU-Pressemitteilung
