Sternengeschichten Folge 724: Gammablitze, das Neil Gehrels Swift Observatorium und ein apruptes Ende

Ein Universum voller Explosionen
Sternengeschichten Folge 724: Gammablitze, das Neil Gehrels Swift Observatorium und ein apruptes Ende

Am 20. November 2004 ist in Cape Canaveral eine Delta-II-Rakete ins All gestartet. An Bord war ein 1470 Kilogramm schwerer und fast 6 Meter großer Satellit, der kurz danach fast perfekt auf seiner Umlaufbahn in circa 600 Kilometer Höhe abgeliefert wurde. Das Projekt der NASA trug damals noch den Namen "Swift" und seine Aufgabe war es, die größten Explosionen des Universums zu erforschen.

Gemeint sind damit die Gammablitze über die ich schon ausführlich in Folge 42 der Sternengeschichten gesprochen habe. Kurz gesagt sind das Ereignisse, bei denen in sehr kurzer Zeit enorme Mengen an elektromagnetischer Strahlung frei werden, nicht nur aber vor allem im hochenergetischen Bereich, also im Gammastrahlungsbereich. Entdeckt hat man dieses Phänomen in den 1960er Jahren mit Satelliten, die eigentlich prüfen sollten, ob irgendwer auf der Erde heimlich Atomwaffentests durchführt. Stattdessen hat man gigantische Explosionen im All gefunden, die weit entfernt, außerhalb der Milchstraße, quasi überall stattfinden. Und ich habe deswegen bis jetzt von "Ereignissen" und "Phänomenen" gesprochen, weil lange Zeit nicht so wirklich klar war, um was es sich dabei eigentlich handelt. Die Energiemengen die da frei werden, sind so enorm, dass es eigentlich keinen vernünftigen physikalischen Prozess gibt, der so etwas erzeugt. Mittlerweile weiß man natürlich ein wenig mehr. Eine Quelle von Gammablitzen sind Hypernovae. Also sowas wie eine Supernova, nur noch heftiger. Wenn ein wirklich, wirklich großer Stern, mit mehr als der hundertfachen Masse der Sonne, die Kernfusion in seinem Inneren einstellt und sein Leben beendet, dann kann er auf so gewaltige Weise kollabieren, dass wirklich viel Energie frei wird. Solche Sterne hat es vor allem im frühen Universum gegeben (es gibt sie aber auch jetzt noch) und deswegen sieht man die Gammablitze der Hypernovae vor allem weit entfernt, in Bereichen, aus denen das Licht entsprechend lange bis zu uns braucht. Es gibt aber auch Gammablitze, die man mit einer Hypernova nicht erklären kann und Swift war unter anderem dazu da, diese Frage zu klären.

Einen Gammablitz zu erforschen ist schwierig. Man kann warten, bis man irgendwo am Himmel so einen Blitz sieht. Aber dann ist es schon fast wieder zu spät, denn sie dauern nur ein paar Sekunden bis höchstens ein paar Minuten. Kaum dass man das Ding gefunden hat, ist es schon wieder vorbei und natürlich kann man probieren, an der Stelle am Himmel zu schauen, wo der Blitz stattgefunden hat, ob da noch was zu sehen ist. Aber die hochenergetische Strahlung wird durch die Atmosphäre der Erde blockiert und es ist schwer, mit den Instrumenten die wir hier haben, entsprechende Forschung anzustellen. Man kann natürlich schon auch mit den passenden Teleskopen von der Erde aus Informationen sammeln, aber dazu muss man idealerweise vorher genau wissen, wohin man schauen muss oder zumindest sehr, sehr kurz nachdem der Blitz stattgefunden hat. Genau deswegen hat man Swift ja auch ins All geschickt und genau deswegen hat man sich genau überlegt, welche Instrumente man in den Satelliten einbaut. Da ist zuerst einmal BAT, das Burst Alert Telescope. Es ist dazu da, Gammablitze zu sehen. Wenn BAT eine Beobachtung gemacht hat, wird die Position sofort zur Erde geschickt, wo passende Teleskope darauf warten und mit Höchstgeschwindigkeit in Position gebracht werden. Gleichzeitig kann Swift das XRT und das UVOT einsetzen. XRT steht für X-Ray Telescope, was einfach nur "Röntgenteleskop" heißt und genau das ist. Das UVOT ist das Ultraviolet/Optical Telescope und kann den Himmel im ultravioletten und normalen, sichtbaren Licht beobachten. Beide sind dazu da, das Nachleuchten der Gammablitze zu beobachten. Denn auch wenn der Blitz selbst nur kurz dauert, kann danach auch noch Strahlung mit weniger Energie, also eben Röntgen-, UV- und normales Licht freigesetzt werden. Zum Beispiel weil Material, dass bei der Sternexplosion weggeschleudert wird, mit dem interstellaren Gas kollidiert und dabei neue Strahlung erzeugt. Dieses Nachleuchten zu beobachten ist ein wichtiger Schritt, wenn man wissen will, was da eigentlich passiert ist.

Die Swift-Mission war vorerst für zwei Jahre finanziert; gebaut hat man den Satelliten aber für eine Lebensdauer von mindestens sieben Jahren. Und dass sich der Bau gelohnt hat, hat man quasi unmittelbar gesehen. Noch während alles getestet wurde, hat man den ersten Gammablitz gesehen und dann jede Menge mehr. Im Mai 2010, also fast sechs Jahre nach dem Start waren es schon 500. Im Oktober 2015 hat man den 1000. Gammablitz beobachtet und das zeigt nicht nur den Erfolg der Mission, sondern auch die Tatsache, dass sie weit über die zwei beziehungsweise sieben Jahre verlängert worden ist. Aber dazu kommen wir später noch - schauen wir zuerst mal, was bei diesen 1000 Gammablitzen alles dabei war. Zum Beispiel GRB050509B, am 9. Mai 2005. Und so bezeichnet man Gammablitze: Am Anfang steht "GRB" für "Gamma Ray Burst" und die Zahlen geben das Datum an, an dem man das Ereignis beobachtet hat. In diesem Fall war es der erste Gammablitz mit kurzer Dauer - nur ein zwanzigstel einer Sekunde - für den eine ausreichend genaue Position angegeben werden konnte, um auch herauszufinden, wo genau das Ding stattgefunden hat. In dem Fall in einer elliptischen Galaxie, deren Licht circa 3 Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat. Kurz danach, am 4. September 2005 konnte ein Gammablitz gemessen werden, dessen Licht 12,5 Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat, der damals am weitesten entfernte Gammablitz überhaupt. Swift hat weitere Rekordereignisse gefunden: Den längsten Gammablitz mit 33 Minuten Dauer, im Februar 2006. Oder am 19. März 2008 einen Gammablitz, der so absurd hell war, das man ihn theoretisch sogar kurz mit freiem Auge sehen hätte können, wenn man im richtigen Moment zum Himmel geschaut hätte. Dann hätte man Licht gesehen, dass 7,5 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war, so weit, wie nichts anderes das wir ohne optische Hilfsmittel sehen können. Die Rekorde für den am weitesten entfernten, den längsten, den heftigsten, und so weiter Gammablitz wurden im Laufe der Zeit immer wieder gebrochen. Und die vielen Daten zeigten auch langsam, was es neben sehr großen Sternen, die explodieren, sonst noch für Mechanismen gibt, die Gammablitze erzeugen. Die sehr kurzen Ereignisse zum Beispiel stammen von Kollisionen, wenn zum Beispiel zwei Neutronensterne miteinander zusammenstoßen. Das passiert zwar nicht sehr oft, aber wenn es passiert, wird dabei so viel Energie frei, dass man die Kollision durch das halbe Universum sehen kann.

Swift hat aber nicht nur Gammablitze erforscht. Auch andere Ereignisse erzeugen hochenergetische Strahlung, zum Beispiel klassische Supernovae. Genau so eine hat Swift im Januar 2008 beobachtet, in einer 85 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Sie hatte schon eine paar Wochen vorher stattgefunden und Swift sollte ein paar zusätzliche Daten sammeln. Und während Swift das gemacht hat, gab es noch eine Supernova in dieser Galaxie. Das war ein riesiger Glücksfall, denn man konnte nun den gesamten Verlauf der Supernova verfolgen, das erste Aufleuchten und das Nachglühen. Normalerweise verpasst man die frühe Phase, in diesem Fall war man von Anfang an dabei und konnte so wertvolle Informationen sammeln. Swift hat das Auseinanderbrechen von Sternen beobachtet, die von einem schwarzen Loch zerissen werden, die Strahlungsausbrüche von roten Zwergsternen und im Jahr 2017 auch die berühmte Kilonova AT2017gfo. Am 17. August 2017 konnte man Gravitationswellen messen, die aus einer 130 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie stammen. Es war genau die Art von Gravitationswellen, die man erwarten würde, wenn dort zwei Neutronensterne kollidieren. In diesem Fall ließ sich das aber auch bestätigen. Denn sowohl Swift, als auch das Hubble-Weltraumteleskop und …