Bei einigen astronomische Forschungsfragen ist zunächst ein weiter statt ein fokussierter Blick ins All nötig: Der breitangelegten Suche nach Gammastrahlen-Quellen im Universum ist dabei der Satellit INTEGRAL der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gewidmet. Das Spektrometer des Weltraumteleskops erfasst die hochenergetische Photonen-Strahlung und ermöglicht anschließend eine Lokalisierung ihres kosmischen Ursprungs. Wie das internationale Forschungsteam um Sandro Mereghetti vom Nationalen Institut für Astrophysik in Mailand berichtet, ist INTEGRAL am 15. November 2023 ein besonders spannendes Signal ins Netz gegangen: ein starker Gammastrahlen-Ausbruch, der nur einen Bruchteil einer Sekunde andauerte. Das System informierte daraufhin automatisch die an der INTEGRAL-Überwachung beteiligten Astronomen.
Durch die automatische Datenverarbeitung konnte der Ursprung des Signals schnell lokalisiert werden: Es stammte demnach aus der etwa zwölf Millionen Lichtjahre von uns entfernten Galaxie M82. “Uns war sofort klar, dass dies ein besonderer Fall ist”, sagt Mereghetti. So ergriffen er und seine Kollegen zusätzliche Maßnahmen, um den Ursprung des Gammastrahlen-Ausbruchs zu klären. Auf Anfrage des Teams wurden weitere astronomische Werkzeuge eingesetzt, um so schnell wie möglich Folgebeobachtungen der Region des Ereignisses durchführen zu können. Eine Möglichkeit bestand darin, dass die Strahlung auf die Kollision von zwei Neutronensternen zurückzuführen war. In diesem Fall wären Gravitationswellen nachweisbar gewesen und ein Nachleuchten im Röntgen- und im sichtbaren Licht hätte sich im Ursprungsbereich abzeichnen müssen, erklären die Forschenden.
Fehlende Beobachtungen verweisen auf besonderen Ursprung
Doch die Folgebeobachtungen zeigten nichts dergleichen: Die Gravitationswellen-Detektoren LIGO, VIRGO und KAGRA zeichneten keine Signale auf und auch Beobachtungen durch das Röntgen-Weltraumteleskop XMM-Newton der ESA blieben ohne Resultat. Im sichtbaren Wellenlängenbereich gab es ebenfalls nichts zu verzeichnen: Die bodengestützten optischen Teleskope, die nur wenige Stunden nach dem Signal zu suchen begannen, konnten kein Nachglühen in der M82-Galaxie identifizieren. Doch wie die Forschenden erklären, wurde das Fehlen der Beobachtungen zum Hinweis: Es ließ sich eine besondere Ursache des Gammastrahlen-Ausbruchs ableiten. Die plausibelste Erklärung ist demnach, dass das Signal nicht von einer Kollision, sondern von der Aktivität eines sogenannten Magnetars stammt. Es handelt sich bei diesen Himmelskörpern um Neutronensterne mit extrem starken Magnetfeldern, die sich in der Milchstraße bereits in seltenen Fällen als extrem starke Gammastrahlen-Quellen bemerkbar gemacht haben.
Dazu erklärt Co-Autor Volodymyr Savchenko von der Universität Genf: “Neutronensterne können nach der Supernova-Explosion von Sternen mit mehr als dem Achtfachen der Sonnen-Masse entstehen. Es handelt sich um sehr kompakte Überreste des Sternmaterials, die schnell rotieren und sehr starke Magnetfelder entwickeln”. Bei einigen – wahrscheinlich jungen Neutronensternen – sind sie allerdings mehr als 10.000 Mal so stark wie bei typischen Neutronensternen. Diese Exemplare werden deshalb als Magnetare bezeichnet. Von ihnen ist auch bekannt, dass sie besonders intensiv zu Eruptionen neigen: Bei sogenannten Flares geben sie enorme Energiemengen in Form von Strahlung ab.
