Gammastrahlenausbrüche (GRB) sind kosmische Ereignisse, bei denen auf einen Schlag enorme Menge an energiereicher, extrem kurzwelliger Strahlung abgegeben werden – in einer Sekunde setzen sie so viel Energie frei wie die Sonne in ihrer gesamten Lebenszeit. Diese kurzen, aber starken Gammablitze entstehen nach aktuellem Wissen durch kollidierende Neutronensternen oder bei Supernova-Explosionen von massereichen Sternen. Typischerweise ereignen sich solche Gammastrahlenausbrüche etwa einmal am Tag irgendwo im sichtbaren Universum. Registriert werden sie allerdings nur, wenn die beiden Gammastrahlen-Observatorien der NASA, der Swift- und der Fermi-Satellit, zufällig in die richtige Richtung schauen.
Weil die Erdatmosphäre die Gammastrahlen weitgehend absorbiert, sind solche Gammablitze für erdbasierte Teleskope nicht direkt sichtbar. Es gibt allerdings eine Möglichkeit, indirekt auf das Eintreffen eines solchen Blitzes zu schließen – über ein schwaches Leuchten, das bei der Absorption der Gammastrahlen in der Atmosphäre entsteht. Dieses sogenannte Tscherenkow-Licht können Teleskope wie das 28-Meter-Gammastrahlenteleskop des High-Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia und die Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) Teleskope auf der Kanareninsel La Palma einfangen. Bisher allerdings waren die von den Weltraum-Observatorien registrierten Gammastrahlenausbrüche zu schwach, um mit diesen erdbasierten Teleskopen ein ausreichend starkes Tscherenkow-Signal zu detektieren – bis jetzt.
Stärkster je beobachteter Gammablitz
Nun haben Astronomen gleich zwei Gammastrahlenausbrüche eingefangen, die selbst von der Erdoberfläche aus noch nachweisbar waren. In beiden Fällen registrierten die NASA-Satelliten die Gammablitze als erste und sendeten dann automatisierte Alarmmeldungen an weitere Observatorien, darunter auch HESS und MAGIC. Der stärkste der beiden Gammablitze wurde am 14. Januar 2019 gegen 22:00 Uhr unserer Zeit detektiert und konnte schon 57 Sekunden später auch von den MAGIC-Teleskopen auf den Kanaren ins Visier genommen werden. “Trotz ihres Gewichts von jeweils 64 Tonnen können die Teleskope in kürzester Zeit auf neue Himmelsziele einschwenken. Beim aktuellen Gammablitz dauerte das lediglich 27 Sekunden“, erklärt der Sprecher des MAGIC-Forschungsverbundes Razmik Mirzoyan vom Max-Planck-Institut für Physik. Wenig später nahmen auch 20 weitere Teleskope verschiedenster Wellenbereiche die Beobachtungen auf. Dadurch konnten die Astronomen die Energie und Entwicklung dieses GRB 190114C getauften Gammastrahlenausbruchs fast von Beginn an mitverfolgen.
Die Auswertungen ergaben in mehrfacher Hinsicht Spektakuläres. Demnach hatten die Gammastrahlen von GRB 190114C eine Energie zwischen 200 und 1000 Milliarden Elektronenvolt (0,2 bis 1 Teraelektronenvolt). “Dies sind bei weitem die höchstenergetischen Photonen, die jemals von einem Gamma-Ray Burst entdeckt worden sind”, sagt Elisa Bernardini, Mitglied der MAGIC-Kollaboration und Physikerin am Deutschen Elektronensynchrotron (DESY). Diese Strahlung hatte rund 100 Millionen Mal mehr Energie als sichtbares
Licht. Dadurch erzeugte sie beim Eintreten in die Erdatmosphäre so starkes Tscherenkow-Licht, dass die MAGIC-Teleskope dies registrieren konnten. Ungewöhnlich ist jedoch auch die relativ lange Dauer der extrem energiereichen Gammastrahlung: “Die Emission im Teraelektronenvolt-Band ist noch etwa 40 Minuten lang beobachtbar – weit länger als die typische Dauer der prompten Emissionsphase”, erklären die MAGIC-Wissenschaftler. Typischerweise flaut die Gammastrahlung schon nach Sekunden bis wenigen Minuten stark ab und geht dann in das niederfrequentere Nachglühen über.
