Sie leuchten unvorhersehbar mehrmals täglich für höchstens einige Minuten irgendwo am Himmel auf, sie stammen aus gigantischen Entfernungen, und sie markieren die stärksten Explosionen im Universum überhaupt: Gammastrahlen-Ausbrüche (GRBs, Gamma Ray Bursts). Seit ihrer Entdeckung 1967 gehören sie zu den rätselhaftesten Erscheinungen im Kosmos (bild der wissenschaft 8/2001, „Kosmische Knaller”). In mühevoller Kleinarbeit gelang es Astrophysikern, ihre Natur nach und nach zu entschleiern. Heute werden vor allem zwei Ursachen favorisiert: Die Kollision von Neutronensternen, also ausgebrannten ultrakompakten Sternleichen, oder eine Hypernova, das heißt die Explosion eines supermassiven Riesensterns, bevor dessen Kern zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Nun fand ein internationales Wissenschaftlerteam um James N. Reeves von der britischen University of Leicester den Beweis, dass mindestens einige GRBs durch Hypernovae ausgelöst wurden. Das schließen die Forscher aus Messungen des Röntgensatelliten XMM-Newton. Er wurde von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA am 10. Dezember 1999 mit einer Ariane-5-Rakete in eine Erdumlaufbahn geschossen und hat seitdem eine Fülle von wertvollen wissenschaftlichen Daten zur Erde gefunkt (bild der wissenschaft 4/2000, „Newtons Höhenflug”). XMM-Newton gelang es erstmals, ein detailliertes Röntgenspektrum eines GRB-Nachglühens aufzunehmen und einige chemische Elemente in dem Feuerball zu identifizieren: große Mengen von Magnesium, Silizium, Schwefel, Argon und Kalzium sowie vermutlich Nickel. Solche Elemente bringt ein massereicher Stern in den letzten Stadien seiner Entwicklung hervor, kurz bevor er explodiert. Ins All geschleudert wurden sie bei der Hypernovae wohl nur etwa zehn bis hundert Stunden, bevor der GRB aufleuchtete. „Wir können nun mit Bestimmtheit sagen, dass der Tod eines massereichen Sterns die Ursache des Gammastrahlen-Ausbruchs war”, sagt ESA-Astronom Norbert Schartel, der im XMM-Operationszentrum im spanischen Villafranca arbeitet. Bei einer Kollision von Neutronensternen wären viel weniger der aufgespürten Elemente entstanden – und in anderen Häufigkeiten. Begonnen hat die jüngste Erfolgsstory, als BeppoSAX am 11. Dezember 2001 um 19:09:21 Uhr Weltzeit den GRB 011211 entdeckte. Er dauerte 270 Sekunden und war der längste, den der italienisch- niederländische Satellit jemals erfasst hat. Einige Stunden später, als eine erste Analyse bestätigte, dass ein GRB registriert worden war, schlug das BeppoSAX-Team Alarm. Und so konnte XMM-Newton bereits elf Stunden nach dem Gammastrahlen-Ausbruch das Nachleuchten ins Visier nehmen. Da war es noch sieben Millionen Mal heller als die – über zehn Milliarden Lichtjahre entfernte! – Heimatgalaxie von GRB 011211. Hätten die für das Teleskop verantwortlichen Astronomen fünf Stunden später reagiert, wäre der Einsatz von XMM-Newton zu spät gekommen. „Wir sahen eine sphärische Hülle von Materie, die von einer sehr jungen Sternexplosion ausgestoßen und durch den GRB aufgeheizt wurde. Dass sich die Materie auf uns zu bewegte, ließ darauf schließen, dass sie expandierte”, erläutert Schartel. Das geschah mit etwa zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Die Astronomen konnten sogar die Ausdehnung der Hülle messen: Ihr Radius betrug zehn Milliarden Kilometer. Aus diesen Daten ließ sich abschätzen, dass die Sternexplosion einige Tage vorher stattgefunden haben musste. Das passt zum fast völligen Fehlen an Eisen in den Sterntrümmern, da dieses Element dort erst etwa zwei Monate nach der Explosion durch den radioaktiven Zerfall von Nickel-56 über Kobalt-56 zu Eisen-56 entsteht. „Doch wir wissen immer noch nicht genau, wie und warum solche Ausbrüche – die energiereichsten Erscheinungen im Universum – ausgelöst werden”, sagt Schartel. Unklar ist auch, warum nicht auf alle Sternexplosionen GRBs folgen. Mit Hilfe neuer Satelliten wollen die Astronomen die Rätsel endgültig lösen. Im Oktober startet die ESA das Internationale Gammastrahlen-Astrophysiklabor INTEGRAL, und nächstes Jahr wird der amerikanische Satellit Swift in einen Orbit geschossen.
Rüdiger Vaas
