Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gammastrahlenausbruch mit Superlativen beobachtet

22.11.2013
Mit dem Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi hat ein internationales Forscherteam – darunter Astroteilchenphysiker um Prof. Olaf Reimer von der Universität Innsbruck und Forscher vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching – den bislang hellsten, höchstenergetischen und am längsten andauernden Gammastrahlenausbruch beobachten können. Die Wissenschaftler berichten nun in der Fachzeitschrift Science über die Ergebnisse eines außergewöhnlichen astrophysikalischen Glückmoments.

Am 27. April 2013 registrierten die Detektoren des Fermi-Weltraumteleskops im Sternbild des Löwen eine außergewöhnliche Eruption von hochenergetischer Gammastrahlung. Schnell wurde aus Folgebeobachtungen von der Erde klar, dass sich diese Beobachtung zu einem Glücksmoment in der Erforschung derartiger Gammastrahlungsblitze entwickeln wird: „Wir Wissenschaftler warteten schon lange auf einen derartig eindeutigen Rekordbrecher“, sagt der Innsbrucker Astroteilchenphysiker Olaf Reimer.


Der nördliche Himmel im Lichte von hochenergetischer Gammastrahlung nach der Detektion des Gammastrahlenausbruches GRB 130427A durch das Fermi-Weltraumteleskop.
NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration


Illustration des möglichen Ablaufs dieser stellaren Katastrophe. NASA's Goddard Space Flight Center

„GRB130427A, so die offizielle Bezeichnung dieses Gammastrahlungsausbruches, war nicht nur der bisher hellste Gamma-Ray Burst (GRB), sondern auch der mit dem am längsten andauernder Nachleuchten im Gammastrahlenbereich.“ Seitdem haben sich die Instrumente zur Beobachtung derartiger Phänomene stetig verbessert, trotzdem bietet GRB130427A noch weitere Rekorde: „Seit dem Start des Fermi-Weltraumteleskops im Juni 2008 war dieser Blitz auch derjenige mit der bisher höchsten Energie vermessene und mit den meisten Teleskopen und Satelliten nachbeobachtete Gammastrahlungsausbruch“, zeigt sich Reimer stolz.

Rätselhafte Gammastrahlenblitze

Obwohl die Entdeckung kosmischer Gammastrahlenblitze aus einem Programm zur Überwachung von Nukleartests auf der Erde in der Zeit des Kalten Krieges resultierte, stellt die Erforschung dieser rätselhaften Explosionen die Wissenschaft noch immer vor Probleme. „Seit Jahrzehnten schon kennt man derartige Gammasstrahlungsausbrüche als die energiereichsten, beobachtbaren Phänomene in unserem Universum“, erzählt Olaf Reimer. Wie allerdings diese Ausbrüche entstehen, darüber diskutieren Astrophysiker seit mehr als 40 Jahren. Tausende von diesen jeweils einmalig auftretenden Blitzen wurden seitdem beobachtet, ausgewertet und modelliert.

„Wir gehen davon aus, dass der wesentliche Teil der Energie einer stellaren Katastrophe in einem nur wenige Sekunden andauernden Zeitfenster freigesetzt wird. Vermutlich gelingt das nur, wenn ein hochgradig fokussierter Materiestrahl die Hülle eines kollabierenden, massereichen Sterns durchstößt und dann auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird“, beschreibt Reimer die dramatischen Ereignisse. „Aber wie genau die prompte Gammastrahlung in diesem fokussierten Materiestrahl erzeugt wird, und wie der Materiestrahl mit seiner Umgebung wechselwirkt und das Nachleuchten erzeugt, ist nun wieder rätselhafter denn je,“ sagt der Principal Investigator des Gamma-Ray Burst Monitors vom Fermi-Weltraumteleskop, Dr. Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching.

GRB130427A – ein singulärer Glücksfall

Mit den Instrumenten von NASA‘s Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop konnte nun zu allen bisher beobachteten Gammastrahlungsausbrüchen ein Spitzenreiter hinzugefügt werden. Nicht nur die Eigenschaften dieses Gammastrahlenausbruchs, sondern auch die Vielzahl der davon motivierten Folgebeobachtungen setzen Rekorde: Bis zum September 2013 haben 58 internationale Observatorien und Teleskope das Nachleuchten von GRB130427A in anderen Wellenlängenbereichen beobachten können.

Allerdings verbindet man Gammastrahlenausbrüche zuallererst mit hochenergetischer Gammastrahlung. Hier hat GRB 130427A den ersten Rekord zu verzeichnen: Das höchstenergetische Photon wurde mit 95 GeV (etwa das Hundert Milliardenfache der Energie eines Photons im sichtbaren Licht) vermessen, ein Wert, der bisher noch nie von Gammablitzen verzeichnet wurde.

Die kosmologische „Nähe“ und damit überdurchschnittliche Helligkeit erlaubt es, das Abklingen der Gammastrahlung auch ungewöhnlich lange aufzunehmen. Aus diesem Grund konnte auch eine Großzahl von anderen Satelliten und bodengebundenen Teleskopen in anderen, niederen Wellenlängenbereichen dem Nachleuchten folgen. Die Vielzahl der nun verfügbaren spektralen und temporalen Messungen wird diesen Gammablitz zum vermutlich bestbeobachteten und meistdiskutierten Objekt dieser Klasse machen.

Neue Erkenntnisse konfrontieren bisherige Vorstellungen

Neben den Superlativen, die den Gammastrahlenausbruch GRB 130427A begleiten, haben die exquisiten Daten des Fermi-Weltraumteleskopes auch die bisherigen Modellvorstellungen gehörig in Frage gestellt und erfordern nun eine kritische Sicht auf Modellvorstellungen aller Gammastrahlenblitze. Das breit akzeptierte Modell zur Erklärung des Nachleuchtens durch Synchrotronstrahlung energiereicher Elektronen, die ihre Energie aus dem Schock beim Beschleunigen auf Lichtgeschwindigkeit beziehen sollten, wirft Probleme auf.

„Vermutlich müssen nun andere, extreme Strahlungsmechanismen herangezogen werden, um das langdauernde Nachleuchten im Lichte höchstenergetischer Photonen überzeugend erklären zu können“, resümmiert Olaf Reimer. Noch dramatischer ist die Lage bei der Erklärung der prompten Gammaemission. „Das seit circa 15 Jahren favorisierte Modell der ‚internen Schocks’, bei denen später emittierte, schnellere Schalen mit früher emittierten langsameren Schalen kollidieren, ist nun eindeutig widerlegt“, erklärt Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. „Wir erleben hier gerade einen Fall, bei dem außergewöhnliche Beobachtungen eines spektakulären astrophysikalischen Phänomens, gepaart mit einer guten Portion Glück, lang etablierte Interpretationen revidieren werden.“

Am Bau der Detektoren auf Fermi und am Betrieb des Observatoriums sind neben der NASA und dem US-Energieministerium Forschungseinrichtungen in den Vereinigten Staaten, in Frankreich, Italien, Schweden, Deutschland und Japan beteiligt.

Publikationen:

Fermi-LAT Observations of the Gamma-ray Burst GRB 130427A
Ackermann et al.; Science Express am 22.11.2013
DOI: 10.1126/science.1242302
The First Pulse of the Extremely Bright GRB 130427A: A Test Lab for Synchrotron Shocks
Preece et al., Science Express am 22.11.2013
DOI: 10.1126/science.1242353
Weitere Bilder: http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a011200/a011261/
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1126/science.1242302
- Fermi-LAT Observations of the Gamma-ray Burst GRB 130427A; Ackermann et al.; Science Express am 22.11.2013, DOI: 10.1126/science.1242302
http://dx.doi.org/10.1126/science.1242353
- The First Pulse of the Extremely Bright GRB 130427A: A Test Lab for Synchrotron Shocks

Preece et al.; Science Express am 22.11.2013; DOI: 10.1126/science.1242353

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at
http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a011200/a011261/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Internationales Forscherteam entdeckt kohärenten Lichtverstärkungsprozess in Laser-angeregtem Glas
25.09.2017 | Universität Kassel

nachricht Kleinste Teilchen aus fernen Galaxien!
22.09.2017 | Bergische Universität Wuppertal

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops