Passiert nur alle 10.000 Jahre

„Hellster Gammastrahlen-Ausbruch seit Beginn der menschlichen Zivilisation“ trifft die Erde

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Ein sehr heller Gammastrahlen-Ausbruch trifft die Erde. Nun stellt sich heraus: Ein solches Ereignis kommt nur ein Mal alle 10.000 Jahre vor.

Baton Rouge – Als im vergangenen Herbst ein ungewöhnlich heller und lange anhaltender Puls hochenergetischer Strahlung die Erde getroffen hat, waren Astronominnen und Astronomen in aller Welt sofort fasziniert. Die Strahlung stammte von einem Gammastrahlenausbruch, der stärksten Klasse von Explosionen im Sonnensystem. Innerhalb weniger Sekunden kann ein solcher Ausbruch so viel Strahlung freisetzen wie unsere Sonne während ihrer gesamten Lebenszeit.

Und der Gammastrahlenausbruch vom 9. Oktober 2022 hatte es in sich, wie die Forschung bereits kurze Zeit nach dem Ausbruch vermutete. Das Ereignis mit dem komplizierten Namen GRB 221009A bekam schnell den Spitznamen „BOAT“, eine Abkürzung für „brightest of all time“ („hellster aller Zeiten“). Damit lagen die Astronominnen und Astronomen gar nicht so falsch, wie die weitere Erforschung des Himmelsereignisses nun zeigt.

Astronominnen und Astronomen vermuten, dass GRB 221009A die Geburt eines neuen schwarzen Lochs darstellt, das sich im Herzen eines kollabierenden Sterns gebildet hat. Wie hier dargestellt, treibt das Schwarze Loch mächtige Teilchenstrahlen an, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die Strahlen durchdringen den Stern und emittieren Röntgen- und Gammastrahlung, während sie ins All strömen. (künstlerische Darstellung)
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Künstlerische Darstellung des gigantischen Gammastrahlenausbruchs vom Oktober 2022: Ein schwarzes Loch schießt Materie-Jets ins Weltall, die Röntgen- und Gammastrahlen (magenta-farben) abgeben.
© NASA/Swift/Cruz deWilde

Hellster Gammastrahlen-Ausbruch seit Beginn der menschlichen Zivilisation

„GRB 221009A war wahrscheinlich der hellste Ausbruch im Röntgen- und Gammastrahlenbereich, der seit Beginn der menschlichen Zivilisation stattgefunden hat“, erklärt Eric Burns von der Louisiana State University in Baton Rouge in einer Mitteilung. Der Assistenzprofessor für Physik und Astronomie leitete eine Analyse von mehr als 7000 Gammastrahlenausbrüchen, um herauszufinden, wie häufig solche hellen Ausbrüche stattfinden. Die Antwort: Nur etwa alle 10.000 Jahre gibt es einen vergleichbaren Ausbruch.

Tatsächlich war der Gammastrahlenblitz vom Oktober 2022 so hell, dass er die meisten Gammastrahlen-Instrumente im Weltall blendete – sie konnten so die tatsächliche Intensität der Strahlung nicht direkt aufzeichnen. Doch gemeinsam mit Forschenden aus China und Russland ist es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den USA gelungen, den Ausbruch zu rekonstruieren und zu analysieren. Demnach war der Gammastrahlenausbruch 70 Mal heller als alles, was bisher beobachtet wurde. „Es ist einfach ein absolut monströser Ausbruch. Wir haben noch nie etwas auch nur annähernd Vergleichbares gesehen“, erklärte Burns auf einer Pressekonferenz.

GRB 221009A war wahrscheinlich der hellste Ausbruch im Röntgen- und Gammastrahlenbereich, der seit Beginn der menschlichen Zivilisation stattgefunden hat.

Eric Burns, Louisiana State University

Gammastrahlen-Ausbruch im Herbst 2022: Signal war 1,9 Milliarden Jahre unterwegs

Zur Analyse des Ausbruchs wurden unter anderem Daten des NICER Röntgenteleskops auf der Internationalen Raumstation ISS und auch Daten der alten Nasa-Raumsonde „Voyager 1“ im interstellaren Raum verwendet. Mehrere Studien zum Thema werden in einer Fokusausgabe des Fachjournals The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Blick in die Tiefen des Universums – So sieht „Hubble“ das Weltall

Der Blasennebel (NGC 7635) im Sternbild Kassiopeia ist ein Emissionsnebel in etwa 7100 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Seine Blasen-Form entsteht durch den Sternwind eines Sterns, der gerade große Mengen an Gas ausstößt. Die Gase stoßen auf eine riesige Molekülwolke, die sich in dieser Region befindet – eine Stoßwelle entsteht, die die äußere Hülle der Gasblase bildet.
Der Blasennebel (NGC 7635) im Sternbild Kassiopeia ist ein Emissionsnebel in etwa 7100 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Seine Blasen-Form entsteht durch den Sternwind eines Sterns, der gerade große Mengen an Gas ausstößt. Die Gase stoßen auf eine riesige Molekülwolke, die sich in dieser Region befindet – eine Stoßwelle entsteht, die die äußere Hülle der Gasblase bildet. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Dieses Aufnahme des „Hubble“-Weltraumteleskops zeigt den offenen Sternhaufen Trumpler 14 (auch Collinder 230) im Sternbild „Kiel des Schiffs“. Der Sternhaufen befindet sich etwa 9000 Lichtjahre entfernt im Carinanebel. Er ist einer der jüngeren Sternhaufen der Milchstraße und nur etwa 300.000 bis 500.000 Jahre alt. Trumpler 14 beherbert etwa 2000 junge Sterne, unter anderem einen der hellsten Sterne der Milchstraße.
Dieses Aufnahme des „Hubble“-Weltraumteleskops zeigt den offenen Sternhaufen Trumpler 14 (auch Collinder 230) im Sternbild „Kiel des Schiffs“. Der Sternhaufen befindet sich etwa 9000 Lichtjahre entfernt im Carinanebel. Er ist einer der jüngeren Sternhaufen der Milchstraße und nur etwa 300.000 bis 500.000 Jahre alt. Trumpler 14 beherbert etwa 2000 junge Sterne, unter anderem einen der hellsten Sterne der Milchstraße. © NASA, ESA, and J. Maíz Apellániz (Institute of Astrophysics of Andalusia, Spain); Acknowledgment: N. Smith (University of Arizona)
Die „Säulen der Schöpfung“ sind eines der berühmtesten „Hubble“-Bilder überhaupt. Hier blickt das Nasa-Weltraumteleskop auf eine kleine Region des Adler-Nebels (M16), es handelt sich um ein Sternenentstehungsgebiet etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Die „Säulen der Schöpfung“ sind eines der berühmtesten „Hubble“-Bilder überhaupt. Hier blickt das Nasa-Weltraumteleskop auf eine kleine Region des Adler-Nebels (M16), es handelt sich um ein Sternenentstehungsgebiet etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Die Spiralgalaxie M83 (südliche Feuerradgalaxie) ist ein beliebtes Ziel für Amateurastronomen. Sie befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist am Himmel auf der südlichen Erdhalbkugel eine der hellsten Spiralgalaxien. In der „Hubble“-Aufnahme sind tausende Sternenhaufen, hunderttausende einzelne Sterne und Überbleibsel von Sternentoden (Supernovae) zu sehen.
Die Spiralgalaxie M83 (südliche Feuerradgalaxie) ist ein beliebtes Ziel für Amateurastronomen. Sie befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist am Himmel auf der südlichen Erdhalbkugel eine der hellsten Spiralgalaxien. In der „Hubble“-Aufnahme sind tausende Sternenhaufen, hunderttausende einzelne Sterne und Überbleibsel von Sternentoden (Supernovae) zu sehen. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); Acknowledgement: W. Blair (STScI/Johns Hopkins University) and R. O‘Connell (University of Virginia)
Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern.
Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern. © NASA, ESA, C.R. O‘Dell (Vanderbilt University), and D. Thompson (Large Binocular Telescope Observatory)
Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden.
Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden. © NASA, ESA, S. Baum and C. O‘Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden.
Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist.
Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration; Acknowledgment: M. Crockett and S. Kaviraj (Oxford University, UK), R. O‘Connell (University of Virginia), B. Whitmore (STScI), and the WFC3 Scientific Oversight Committee
Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion.
Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion. © NASA, ESA, R. O‘Connell (University of Virginia), F. Paresce (National Institute for Astrophysics, Bologna, Italy), E. Young (Universities Space Research Association/Ames Research Center), the WFC3 Science Oversight Committee, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Das Signal von GRB 221009A ist 1,9 Milliarden Jahre durch das Weltall gereist, bevor es die Erde erreicht hat, haben Forschende berechnet. Astronominnen und Astronomen gehen davon aus, dass es sich um den „Geburtsschrei“ eines schwarzen Lochs handelt, das entstanden ist, als der Kern eines massereichen Sterns unter seinem eigenen Gewicht kollabiert ist. Das neu entstandene schwarze Loch nimmt die es umgebende Materie schnell in sich auf und schießt Materie-Strahlen (sogenannte Jets) in zwei entgegengesetzte Richtungen ins Weltall. Die Partikel darin werden bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, die Jets strahlen Röntgen- und Gammastrahlen ab, wenn sie durchs Weltall rasen.

Gammastrahlen-Ausbruch war direkt auf die Erde gerichtet

Tatsächlich seien die Jets nicht ungewöhnlich stark gewesen, doch einer von ihnen war direkt auf die Erde gerichtet, erklärt Kate Alexander von der University of Arizona in Tucson. Je frontaler man den Jet betrachten kann, desto heller erscheint er. „Da dieser Ausbruch so nah und so hell war, bot sich uns eine noch nie dagewesene Gelegenheit, Beobachtungen des Nachleuchtens im gesamten elektromagnetischen Spektrum zu sammeln und zu prüfen, wie gut unsere Modelle die tatsächlichen Vorgänge in GRB-Jets wiedergeben“, erläutert Alexander weiter. 25 Jahre lang hätten die Modelle zum Nachleuchten von Gammastrahlenausbrüchen sehr gut funktioniert, weiß Alexander. „Doch diesen Jet können sie nicht vollständig erklären.“

Das Nasa-Teleskop XMM-Newton hat 20 Staubringe aufgenommen, von denen 19 in dieser Aufnahme zu sehen sind. Das Bild kombiniert Beobachtungen, die zwei und fünf Tage nach dem Ausbruch von GRB 221009A entstanden sind.
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Das Esa-Teleskop XMM-Newton hat 20 Staubringe aufgenommen, von denen 19 in dieser Aufnahme zu sehen sind. Das Bild kombiniert Beobachtungen, die zwei und fünf Tage nach dem Ausbruch von GRB 221009A entstanden sind.
© IMAGO/Cover-Images

Und noch etwas anderes treibt die beteiligten Forscherinnen und Forscher um: Bei einem Gammastrahlenausbruch wie dem aus dem Oktober 2022 erwartet die Astronomie Wochen später eine heller werdende Supernova – doch die wurde bisher nicht gesichtet. „Wir können nicht mit Sicherheit sagen, dass es eine Supernova gibt, was angesichts der Helligkeit des Ausbruchs überraschend ist“, erläutert der Astrophysiker Andrew Levan (Radboud Universität in Nijmegen, Niederlande).

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Sowohl das „James Webb“-Weltraumteleskop als auch „Hubble“ kamen zum Einsatz, um die Supernova zu finden. „Wenn sie da ist, ist sie sehr schwach. Wir planen, weiterzusuchen.“ Es sei jedoch auch möglich, dass der gesamte Stern direkt in das schwarze Loch kollabiert ist, anstatt zu explodieren. Weitere Beobachtungen mit den beiden Weltraumteleskopen sind geplant. (tab)

Rubriklistenbild: © NASA/Swift/Cruz deWilde

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