Die energiereichsten Lichtblitze im Universum erzeugen tödliche Kernreaktionen

Gammastrahlenausbrüche gehören zu den mächtigsten Ereignissen im Universum, die entzündet werden, wenn Sterne bei massiven Explosionen sterben oder wenn sie zu ... massiven Explosionen verschmelzen. 

Während diese heftigen kosmischen Explosionen auftreten, wirken sie wie kosmische Leuchttürme und setzen Strahlen des hellsten Lichts des Universums frei, zusammen mit einer Flut von Neutrinos, diesen wispigen, gespenstischen Teilchen, die fast unentdeckt durch das Universum gleiten. 

Natürlich möchten Sie keinem dieser tödlichen DNA-Brat-Energiestöße ausgesetzt sein. Früher dachten die Physiker, Gammastrahlen seien nur dann gefährlich, wenn Sie sich auf dem schmalen Pfad eines der von der Explosion kommenden Jets befänden. Leider deutet eine neue Studie, die am 29. November in der arXiv-Datenbank aktualisiert wurde (aber noch nicht von Experten begutachtet wurde), darauf hin, dass diese Eruptionen überall schlechte Nachrichten sind und tödliche Strahlen in einem weitaus größeren Winkel senden können als bisher angenommen.

Kosmische Gammastrahlenfabriken

Im Laufe der Jahrzehnte haben Astronomen zwei Arten von himmlischen Gammastrahlenausbrüchen (kurz GRBs genannt) identifiziert: lange, die länger als 2 Sekunden (bis zu mehreren Minuten) dauern, und kurze, die weniger als 2 Sekunden dauern. Wir sind uns nicht ganz sicher, was GRBs im Weltraum verursacht, aber es wird angenommen, dass die langen entstehen, wenn die größten Sterne in unserem Universum bei Supernova-Explosionen absterben und Neutronensterne oder Schwarze Löcher zurücklassen. Ein solcher katastrophaler Tod setzt blitzschnell unglaublich viel Energie frei, und voila! Gammastrahlen platzen.

Die kurzen GRBs hingegen stammen vermutlich aus einem völlig anderen Mechanismus: der Fusion zweier Neutronensterne. Diese Ereignisse sind bei weitem nicht so mächtig wie ihre Supernova-Cousins, aber sie richten lokal genug Chaos an, um einen Blitz von Gammastrahlen zu erzeugen.

In einem Düsentriebwerk

Dennoch ist es eine hässliche Sache, wenn Neutronensterne kollidieren. Jeder Neutronenstern wiegt ein Mehrfaches der Masse der Erdsonne, aber diese Masse wird zu einer Kugel komprimiert, die nicht breiter als eine typische Stadt ist. Im Moment des Aufpralls zwischen zwei solchen Objekten umkreisen sie sich wild mit einem gesunden Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit. 

Als nächstes verschmelzen die Neutronensterne zu einem größeren Neutronenstern oder, wenn die Bedingungen stimmen, zu einem Schwarzen Loch, das eine Spur von Zerstörung und Trümmern der vorhergehenden Katastrophe hinterlässt. Dieser Ring der Materie kollabiert auf der Leiche des ehemaligen Neutronensterns und bildet eine sogenannte Akkretionsscheibe. Im Falle eines neu gebildeten Schwarzen Lochs speist diese Scheibe das Monster im Herzen des Wrackhaufens mit einer Geschwindigkeit von bis zu einigen Sonnengas pro Sekunde.

Mit all der Energie und dem Material, die herumwirbeln und in die Mitte des Systems strömen, wickelt ein komplizierter (und wenig verstandener) Tanz elektrischer und magnetischer Kräfte Material auf und schleudert Jets dieser Materie entlang der Spinachse vom Kern auf und ab des zentralen Objekts und in das umgebende System. Wenn diese Jets durchbrechen, erscheinen sie als riesige, kurze Suchscheinwerfer, die vor der Kollision davonrennen. Und wenn diese Scheinwerfer auf die Erde zeigen, bekommen wir einen Puls von Gammastrahlen.

Aber diese Jets sind relativ schmal, und solange Sie den GRB nicht frontal sehen, sollte es nicht so gefährlich sein, oder? Nicht so schnell.

Neutrino Fabrik

Es stellt sich heraus, dass sich Jets auf unordentliche, komplizierte Weise bilden und sich vom Ort der Neutronensternfusion entfernen. Gaswolken drehen sich und verheddern sich, und die Strahlungs- und Materialströme vom zentralen Schwarzen Loch weg kommen nicht in einer ordentlichen und geordneten Linie.

Das Ergebnis ist ein völliges, zerstörerisches Chaos.

In der neuen Studie untersuchten zwei Astrophysiker die Details dieser Systeme nach dem Kollisionsereignis. Die Forscher achteten genau auf das Verhalten massiver Gaswolken, wenn sie in der von den entweichenden Jets angetriebenen Stampede über sich selbst stolpern.

Manchmal kollidieren diese Gaswolken miteinander und bilden Stoßwellen, die ihre eigenen Strahlungs- und Hochenergieteilchen, sogenannte kosmische Strahlen, beschleunigen und antreiben können. Diese Strahlen, die aus Protonen und anderen schweren Kernen bestehen, erhalten genug Energie, um auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, sodass sie vorübergehend zu exotischen und seltenen Kombinationen von Partikeln wie Pionen verschmelzen können.

Die Pionen zerfallen dann schnell in Schauer von Neutrinos, winzigen Teilchen, die das Universum überfluten, aber kaum jemals mit anderer Materie interagieren. Und weil diese Neutrinos außerhalb des engen Bereichs des Strahls produziert werden, der vom GRB selbst wegstrahlt, können sie auch dann gesehen werden, wenn wir nicht die volle Explosion von Gammastrahlen erhalten.

Die Neutrinos selbst sind ein Zeichen dafür, dass wilde, tödliche Kernreaktionen weiter vom Zentrum der Jets entfernt stattfinden. Wir wissen noch nicht genau, wie weit sich die Gefahrenzone erstreckt, aber besser sicher als leid.

Zusammenfassend: Gehen Sie also nicht in die Nähe kollidierender Neutronensterne.

Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei Die Ohio State University, Gastgeber von Fragen Sie einen Raumfahrer und Weltraumradio, und Autor von Dein Platz im Universum.

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