Eine Explosion von Gammastrahlen, die so hell war, dass sie wissenschaftliche Geräte blendete, ist noch merkwürdiger als zunächst angenommen

Die hellste jemals aufgezeichnete Gammastrahlen-Explosion, die so hell war, dass sie die wissenschaftlichen Instrumente blendete, ist jetzt noch seltsamer geworden. GRB 221009, die erstmals im Oktober 2022 entdeckt wurde, übertraf andere kosmische Explosionen, die bisher aufgezeichnet wurden, "nicht nur ein bisschen, sondern um das Hundertfache", so Brendan O'Connor, Doktorand an der George Washington University, in einer Pressemitteilung.

Die Explosion erhielt den Spitznamen BOAT für "Brightest of All Time". Astronomen haben seitdem versucht herauszufinden, was den Gammastrahlen-Ausbruch so hell gemacht haben könnte, und haben nun vielleicht eine Antwort.

Forscher haben herausgefunden, dass die Gammastrahlen-Explosion einen Jet mit einer ungewöhnlichen Struktur ausstieß, der eine große Menge an stellarem Material mit sich riss. Diese Entdeckung könnte ein neues Licht auf die Entstehung des Universums werfen, so die Forscher.

Gammastrahlen-Ausbrüche werfen Licht auf die Entstehung der Sterne

Gammastrahlen-Ausbrüche (GRBs) sind gewaltige Explosionen, die in wenigen Sekunden mehr Energie in das Universum entlassen als unsere Sonne im Laufe ihres Lebens ausstrahlt.

Sie entstehen bei der Geburt von Schwarzen Löchern, wenn ein supermassereicher Stern in sich zusammenfällt und dabei gewaltige Materiestrahlen freisetzt, die noch Millionen von Lichtjahren entfernt zu sehen sind. Eine Animation zeigt, wie das funktioniert:

Dank ihrer Helligkeit können Wissenschaftler diese Ausbrüche "bis zu den ersten Sternen zurückverfolgen", so O'Connor.

"Wenn wir beginnen, diese sehr weit entfernten Gammastrahlen-Ausbrüche mit hoher Rotverschiebung zu untersuchen, können wir etwas darüber lernen, wie sich die ersten Sterne gebildet haben, in welcher Umgebung sie entstanden sind, welche Art von Elementen es zu dieser Zeit gab und wie sich die Sternentstehung im Laufe der Geschichte des Universums entwickelt hat", sagte er.

Seit den 70er-Jahren haben Wissenschaftler etwa 10.000 dieser Gammastrahlen-Ausbrüche beobachtet. Aber dieser besondere Ausbruch war relativ nah, er kam von einem Stern, der etwa 2,4 Millionen Lichtjahre entfernt war, was uns einen noch nie dagewesenen Einblick in die Struktur dieser bizarren Explosionen ermöglicht.

"Aufgrund der Helligkeit und der Nähe zu uns haben wir erwartet, dass es sich um ein Ereignis handelt, das nur einmal in diesem Jahrhundert auftritt", so O'Connor.

BOAT war besonders seltsam

Wir sehen die Explosion von Gammastrahlen-Ausbrüchen nicht direkt. Stattdessen sehen wir die Gammastrahlen und andere Strahlen wie Röntgenstrahlen, die von dem heißen Gasstrahl ausgehen, der bei der Explosion freigesetzt wird und den wir normalerweise nur sehen können, wenn er direkt auf unseren Planeten gerichtet ist.

Der Jet selbst ist in der Regel in wenigen Sekunden vorbei, aber die Wissenschaftler können das Nachleuchten einfangen, da der Jet stellares Material hinter sich herzieht. Dieses verblasst schnell, aber das Nachglühen von BOAT blieb viel länger als gewöhnlich, was die Wissenschaftler vor ein Rätsel stellte.

Eine neue Analyse der Explosion, die in der Wissenschaftszeitschrift "Science Advances" veröffentlicht wurde, erklärt das Phänomen.

Wissenschaftler hatten bisher angenommen, dass diese Jets immer "wie Eistüten geformt sind", so Studienautor Alexander van der Horst in einer Pressemitteilung.

Das bedeutet, dass sie in der Regel kompakt und sehr zielgerichtet sind und sich fein säuberlich im Universum ausbreiten, wobei das Nachleuchten hinter der ersten Welle zurückbleibt.

Die neue Analyse deutet jedoch darauf hin, dass der BOAT-Jet schwammiger war und sich von einem "schmalen Kern mit breiteren, schrägen Seiten" ausbreitete, so die Nasa in einer Pressemitteilung.

"Unsere Arbeit zeigt deutlich, dass der Gammastrahlen-Ausbruch eine einzigartige Struktur hatte, wobei die Beobachtungen allmählich einen schmalen Jet enthüllten, der in einen breiteren Gasausfluss eingebettet war, wo man normalerweise einen isolierten Jet erwartet hätte", sagte Hendrik Van Eerten, Physiker an der University of Bath und Mitautor der Studie, in einer Pressemitteilung.

BOAT übertrifft die Erwartungen

Die Wissenschaftler vermuten, dass sich der Jet beim Ausstoßen mit stellarem Material vermischte, was den Ausfluss durcheinander brachte.

"Die einzige Möglichkeit, eine andere Struktur des Jets zu erzeugen und die Energie zu variieren, besteht darin, eine Eigenschaft des explodierten Sterns zu verändern, etwa seine Größe, Masse, Dichte oder sein Magnetfeld", erklärt Eleonora Troja, Physikprofessorin an der Universität Rom und Leiterin der Beobachtungen des Ereignisses.

"Das liegt daran, dass sich der Jet im Grunde seinen Weg aus dem Stern heraus zwingen muss. Der Widerstand, auf den er stößt, könnte also die Eigenschaften des Jets beeinflussen."

Das ist "aufregend", denn "wir haben keine Möglichkeit, den Stern zu untersuchen, der dieses Ereignis verursacht hat; er ist jetzt verschwunden. Aber wir haben jetzt einige Daten, die uns Hinweise darauf geben, wie er explodiert ist", sagte O'Connor, der an dieser Studie mitgewirkt hat.

Die Analyse zeigt, dass die extremsten Explosionen nicht der Standardphysik gehorchen, die für normale Gammastrahlen-Ausbrüche angenommen wird, sagte er.

Van Eerten stimmt ihm zu: "Unser Modell hilft nicht nur dabei, BOAT zu verstehen, sondern auch frühere Helligkeitsrekordhalter, die Astronomen wegen ihrer fehlenden Jet-Signatur vor ein Rätsel stellten."

Dennoch, so O'Connor, ist diese Entdeckung "ein gewaltiger Schritt nach vorn in unserem Verständnis von Gammastrahlen-Ausbrüchen".

O'Connor geht davon aus, dass BOAT noch weitere Entdeckungen nach sich ziehen wird, da das Nachleuchten für die Wissenschaftler noch mindestens ein Jahr lang sichtbar bleiben wird.

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