Fermi/GBM entdeckt den hellsten Gammablitz seit Jahrzehnten

10. Mai 2013

Der Gamma-ray Burst Monitor (GBM) auf dem NASA Satelliten Fermi hat am 27. April das stärkste Signal eines Gammablitzes seit Jahrzehnten gemessen. Viele andere Satelliteninstrumente, unter anderem auch das Hauptinstrument auf Fermi, das Large Area Telescope (LAT), wiesen das Ereignis zur gleichen Zeit nach. Der Gammablitz dauerte so lange, dass eine rekordverdächtige Anzahl von erdgebundenen Teleskopen das Ereignis sogar gleichzeitig mit den Satelliten beobachten konnte. Der Gammablitz wird nach dem Tag seines Nachweises benannt: GRB130427A.

“Beim Frühstück am Samstag kam plötzlich eine automatische Nachricht von Fermi,” sagt Dr. Andreas von Kienlin, der verantwortliche GBM-Wissenschaftler an diesem historischen Tag. „Als ich die vom Satelliten gesendeten Daten zum ersten Mal sah, konnte ich kaum meinen Augen trauen. Dieser GRB war so unglaublich hell, dass er sogar alle unsere Detektoren gesättigt hat. Die GRB-Wissenschaftlergemeinde hat ein derart helles Ereignis seit etwa dreißig Jahren nicht mehr gesehen; es ist der hellste GRB, den der GBM jemals gemessen hat.“ Begeistert von dieser Entdeckung, schrieb Andreas von Kienlin sofort ein Rundschreiben an interessierte Wissenschaftler, um sie zu weiteren bodengebunden Nachbeobachtung zu motivieren. „Wir können besonders stolz auf diese Detektion sein, da alle 14 Gammastrahlungsdetektoren und auch die Stromversorgungseinheit des GBM Instruments von unserem Institut entwickelt, gebaut und getestet wurden“, sagte Andreas von Kienlin.

Blick auf den Himmel mit LAT, vor und nach dem GRB 130427A. Bild vergrößern
Blick auf den Himmel mit LAT, vor und nach dem GRB 130427A.

 

Der GBM ist eine Kollaboration zwischen dem National Space Science and Technology Center in den USA und dem MPE. Dank des sehr breiten Energiebereichs, der durch den GBM und das LAT Instrument auf Fermi abgedeckt wird, war es möglich das prompte Emissionsspektrum des GRB 130427A über einen beispiellos großen Energiebereich von 8keV bis zu etwa 100 GeV zu messen.

 

Das LAT wies sogar ein Gammaquant mit einer Energie von mindestens 94 Milliarden Elektronenvolt (GeV) nach. Dies ist ungefähr 35 Milliarden Mal stärker als die Energie des sichtbaren Lichts, oder drei Mal stärker als der bisherige Rekord eines GRB-Signals. Die Emission im GeV-Bereich dauerte mehrere Stunden an und blieb für LAT fast einen ganzen Tag nachweisbar. Dies setzt eine neue Rekordmarke für die längste Gammastrahlenemission eines GRBs.

Beobachtete Lichtkurve des GRB 130427A bei Energien über 1 MeV<br /><br /> Bild vergrößern
Beobachtete Lichtkurve des GRB 130427A bei Energien über 1 MeV

 

Das Nachglühen des GRBs wurde, dank der schnellen und genauen Positionsinformation des NASA Swift Satelliten, der auch auf dieses Ereignis triggerte, dann auch bei optischen, infraroten und Radiowellenlängen durch bodengebundene Observatorien nachgewiesen. Die Astronomen fanden schnell heraus, dass der GRB etwa 3.8 Milliarden Lichtjahre entfernt war, was für GRBs sogar noch relativ nahe ist. „Dass diese Explosion, Milliarden von Lichtjahren entfernt, dennoch unsere Detektoren saturiert hat, zeigt wie unglaublich energiereich dieses Ereignis war“, sagte Andreas von Kienlin.

 

Gammastrahlenblitze sind die hellsten Explosionen im Weltall. Für den Großteil dieser Ereignisse ist vermutlich das Ende des nuklearen Brennstoffs in einem massereichen Stern verantwortlich. Wenn dieser ausgebrannt ist, kollabiert der Stern durch sein eigenes Gewicht zu einem schwarzen Loch.  Dadurch  bilden sich Materiejets aus, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit nach außen schießen. Diese Jets bohren sich zunächst ihren Weg durch den kollabierten Stern und treffen dann mit dem zuvor ausgeworfenen Gas zusammen. Dabei wird ein helles Nachglühen erzeugt, welches sich mit der Zeit abschwächt. Ist der GRB nahe genug, können Astronomen normalerweise auch die Signaturen einer Supernova nach dem Ausbruch entdecken. „Da dieser GRB vergleichsweise nahe bei uns stattfand, suchen wir jetzt mit all unseren Teleskopen nach einer mit dem Ereignis verbundenen Supernova“, erklärt von Kienlin.

News Update: Fünf wissenschaftliche Veröffentlichungen online am 21. November 2013

 

Mit dem Gamma-Ray-Burst GRB 130427A beschäftigen sich fünf wissenschaftliche Artikel, die am 21. November 2013 online veröffentlicht wurden. Diese berichten von zusätzlichen Beobachtungen mit dem Trio der NASA-Satelliten Fermi, Swift und NuSTAR, sowie dem bodengebundenen robotischen RAPTOR-Teleskop (siehe Links), die noch nie zuvor gesehene Details eines Bursts einfangen konnten. Diese stellen das aktuelle theoretische Verständnis, wie Gamma-Ray-Bursts ablaufen, in Frage.

Die spektakulären Ergebnisse des Gamma-Ray Burst Monitor zeigen, dass das akzeptierte Verständnis davon, wie MeV-Gammastrahlen in internen Schockwellen erzeugt werden, leider nur sehr mangelhaft ist.  

Der optische Blitz, der vom Rapid Telescope for Optical Response (RAPTOR) beobachtet wurde, hatte genau dann seine größte Helligkeit als auch das Large Area Telescope (LAT) von Fermi die höchst-energetischen Gammastrahlen bei bis zu 95 GeV aufzeichnete. Dies war der erste detaillierte Blick auf den Zusammenhang zwischen dem optischen Licht eines Bursts und seiner hochenergetischen Gammastrahlung. Bisher nahm man an, dass sichtbares Licht bei internen Schocks entsteht; dieser Burst zeigt nun aber, dass es vom externen Schock stammen muss, der die energiereichste Gammastrahlung produziert.

Noch rätselhafter ist ein Gammastrahlenphoton bei 32 GeV, das von Fermi-LAT neun Stunden nach dem Beginn des Bursts aufgezeichnet wurden. Eine derart späte Ankunft mit dieser hohen Energie wirft die Frage auf, wie gut die Wissenschaftler die Physik der externen Schockwelle tatsächlich verstehen.

Für einen Gamma-Ray-Burst war GRB 130427A relativ nahe. Sein Licht brauchte 3,8 Milliarden Jahre bis es bei der Erde ankam, nur rund ein Drittel der Zeit von typischen Gamma-Ray-Bursts. Detaillierte Beobachtungen mit Swift und bodengebundenen Teleskopen zeigen deutlich, dass GRB 130427A trotzdem eher den typischen Bursts bei sehr viel höheren Entfernungen ähnelt als den näheren.

Aufgrund der außergewöhnlichen Helligkeit des Bursts konnte das Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) zum ersten Mal das Nachglühen eines Bursts bei hochenergetischen oder "harten" Röntgenstrahlen nach mehr als einem Tag nachweisen. Zusammen mit den LAT-Daten stellen diese Beobachtungen langjährige Vorhersagen in Frage.