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Big Bang im Miniformat

09.07.2007
Strahlenjäger GROND sieht erstes galaktisches Licht am La Silla Observatorium
Gammabursts sind die kleinen Brüder vom Big Bang. Die gewaltigen Strahlenausbrüche sind der Geburtsschrei Schwarzer Löcher. Sie sind aber nur einige Sekunden lang, und ihr Nachleuchten von der Erde nur innerhalb einiger Stunden zu beobachten. Um die plötzlichen Explosionen im All jetzt besser und schneller untersuchen zu können, hat das GROND Teleskop am La Silla Observatorium in Chile seinen Betrieb aufgenommen. Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und die Thüringer Landsternwarte Tautenburg entwickelten GROND, um während eines Gammabursts zu bestimmen, bei welcher Entfernung die Explosion stattfindet. Die Forscher wollen nun Ausbrüche so nahe am Urknall beobachten, wie noch niemand zuvor.

Die Explosion sterbender Sterne ist sehr ungemütlich. Es entstehen riesige Strahlungsausbrüche, die Gammabursts, deren Nachleuchten von der Erde aus beobachtet werden kann. Trotz der riesigen Energiemenge, die bei einem kosmischen Gammastrahlungsausbruch freigesetzt wird, dauert das Nachglühen der Ausbrüche nur Stunden. Da muss alles sehr schnell gehen. "So waren wir motiviert etwas zu konstruieren, das innerhalb von Minuten die Entfernung der Gammabursts bestimmt, um dann schneller mit den Teleskopen am Very Large Telescope (VLT) genauere spektroskopische Untersuchungen starten zu können", sagt Projektleiter Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. Das Forscherteam um Jochen Greiner baute in Kooperation mit der Thüringer Landessternwarte Tautenberg das GROND-Instrument, eine einmalige "Kamera" mit sieben Detektoren, jeder hinter einem anderen Filter. Damit lassen sich die Gammabursts im sichtbaren und infraroten Bereich gleichzeitig beobachten, und so schneller als je zuvor deren Entfernung vermessen.

Farblehre: Der Quasar PKS 1251-407 in unterschiedlichen Farben. Das Bild wurde mit GROND am 2.2m MPG/ESO Teleskop gemacht und zeigt den Quasar in unterschiedlichen Filtern im sichtbaren und nahen Infrarotbereich. Der Quasar ist in den Bildern unterschiedlich gut sichtbar. Daraus kann man schließen, wie weit er entfernt ist. Bild: ESO/GROND

Damit revolutionieren die Forscher ein altes System. Satelliten wie Swift registrieren zwar die Gammabursts im Gammastrahlungsbereich, bestimmen aber keine Entfernung. Bisherige Instrumente an Teleskopen auf der Erde erstellen immer nur Bilder in einem Farbband- somit braucht man mehrere Aufnahmen in verschiedenen Farbfiltern nacheinander, ehe man die Entfernung bestimmen kann. Das ist bei Gammabursts praktisch unmöglich, weil ihr Nachglühen schneller an Helligkeit nachlässt als man diese vielen Bilder aufnehmen kann.

GROND kann jetzt die Entfernung von Gammabursts und anderen galaktischen Objekten viel schneller bestimmen und so weit entfernte, sterbende Sterne beobachten. Die Gammastrahlung, eine hochenergetische, elektromagnetische Strahlung, entsteht, wenn Atome radioaktiv zerfallen oder - wie bei den Bursts - Elektronen, die fast Lichtgeschwindigkeit haben im Magnetfeld der Explosion abgelenkt werden und dabei Synchrotronstrahlung aussenden. Misst ein Satellit nun die Gammastrahlen eines Strahlenausbruchs, alarmiert ein spezielles System das MPG/ESO Teleskop in la Silla, welches sofort auf die Stelle im All gerichtet wird. "Um dann die Entfernung des Gammabursts so genau wie möglich zu messen, macht GROND die Bilder in sieben unterschiedlichen Bereichen gleichzeitig; vier Bänder im sichtbaren und drei im nahen Infrarotbereich", so Greiner: "Ein neues Programm soll uns dann schon Minuten nach dem Alarm die Entfernung des Bursts oder des Objekts liefern".

Das Teleskop nutzt die Technik der Rotverschiebung des Lichtes, die angibt, wie weit ein Objekt entfernt ist. Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto schneller entfernt es sich vom Beobachter - GROND in diesem Fall. Diese Gesetzmäßigkeit ist die Grundlage für ein sich konstant ausdehnendes Universum und wird Hubble´sches Gesetz genannt, nach seinem Entdecker Edwin Hubble. Das Objekt entfernt sich also immer schneller vom Beobachter und die beim Beobachter ankommenden elektromagnetischen Wellen verlagern sich in den längeren Wellenbereich: ins Rote. (Doppler-Effekt) Die Rotverschiebung gibt dann das Verhältnis von Ruhewellenlänge und gemessener Wellenlänge an, normiert zur Ruhewellenlänge. Eine Rotverschiebung von 1 bedeutet also, dass Strahlen bei einer Ruhewellenlänge von zum Beispiel 100 Nanometer bei einer Wellenlänge von 200 Nanometer gemessen werden.

So gibt Entfernung auch Aufschluss über das Alter der Gammabursts. GROND kann Objekte in einem Rotverschiebungsbereich von 3,5 bis 15 vermessen. Die bisher jüngste Galaxie, die beobachtet wurde, liegt bei einer Rotverschiebung von etwa sieben. Die Forscher vermuten, dass die ersten Sterne bei einer Rotverschiebung von 15 bis 25 entstanden sind. "Wir wollen Strahlungsexplosion so nahe am Urknall beobachten, wie noch niemand zuvor", sagt Greiner.

Das Ziel von GROND ist es, dem VLT zu sagen, in welchen Bereich genau die Bursts spektroskopisch aufgenommen werden sollen, denn dafür braucht man die genaue Entfernung zum Objekt. Das System wurde bereits erfolgreich an einem Quasar getestet, der mehr als 12 Milliarden Jahre entfernt ist. Jetzt warten die Forscher auf den nächsten Geburtsschrei eines Schwarzes Lochs.

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft

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