Original-URL des Artikels: http://www.golem.de/news/astrophysik-vom-gammablitz-getroffen-1301-97068.html    Veröffentlicht: 22.01.2013 14:19

Astrophysik

Vom Gammablitz getroffen

Durch die Kollision von Neutronensternen ist die Erde vor 1.200 Jahren von einem starken Gammablitz getroffen worden, vermuten Wissenschaftler. Astronom und Blogger Florian Freistetter erklärt, wie sie den unbemerkten Strahlungsschauer zu Zeiten Karls des Großen entdeckt haben und nach den Überresten der Katastrophe suchen.

Die Astronomie liebt die Extreme. Sterne existieren für Milliarden von Jahren. Das Universum ist fast 14 Milliarden Jahre alt. Astronomen beschäftigen sich mit dem, was vor langer Zeit passiert ist oder dem, was in langer Zeit passieren wird. Wenn sie zum Beispiel sagen, dass der Stern Beteigeuze "bald" zur Supernova wird, dann meinen sie damit: "irgendwann in den nächsten paar zehntausend Jahren."

Sieht man mal von der Bewegung der Himmelskörper ab, die wir mittlerweile ziemlich gut verstehen und bei der wir exakte Vorhersagen machen können, dann kommt es eher selten vor, dass Astronomen sich mit Ereignissen beschäftigen, die sich innerhalb menschlicher Zeitspannen abspielen. Aber Forscher von der Universitätssternwarte Jena haben genau so ein Ereignis untersucht. Sie haben herausgefunden, dass vor knapp 1.200 Jahren ein Gammablitz die Erde getroffen hat.

Ein wichtiger Weg, um etwas über die Vergangenheit herauszufinden, sind Bäume. Ihre Wachstumsringe zeigen nicht nur ihr Alter an. Man kann zum Beispiel auch Informationen über das Wetter ablesen - das beeinflusst die Dicke der Ringe. Und kombiniert man die Ringe vieler Bäume, bekommt man eine durchgehende Chronologie der letzten paar 1.000 Jahre. Man kann auch die Menge bestimmter chemischer Isotope messen. Zum Beispiel C-14.

Das ist leicht radioaktiver Kohlenstoff und er ist überall. Wir Menschen und der Rest der Lebewesen bestehen unter anderem aus Kohlenstoff. Der Großteil davon ist normaler Kohlenstoff-12. Ein winziger Teil aber eben auch Kohlenstoff-14. Dieses C-14 ist radioaktiv und zerfällt im Laufe der Zeit. Solange wir aber lebendig sind und weiter neuen Kohlenstoff durch Nahrung aufnehmen, gleicht sich das aus. Erst nach dem Tod nimmt C-14 kontinuierlich ab und deswegen sind die Forscher auch daran interessiert. Aus der Menge von C-14 in einem Fundstück können sie sein Alter bestimmen.

Ein Grund, warum das radioaktive C-14 überhaupt existiert, ist die Strahlung aus dem Weltall. Von überall her trifft kosmische Strahlung auf die Erde. Sie interagiert mit den Atomen in der Atmosphäre und dabei entsteht eine kleine Menge an C-14. Die Quellen der kosmischen Strahlung sind unterschiedlich. Sie kommt von der Sonne und von fernen Sternen und entsteht bei diversen kosmischen Explosionen wie Supernovae.

Als nun japanische Forscher im Juni 2012 einige Bäume untersuchten, fanden sie eine überdurchschnittliche große Menge von C-14 in den Ringen, die den Jahren 774 und 775 entsprechen. Irgendetwas hat hier während einer sehr kurzen Zeit (kürzer als ein Jahr; vermutlich viel kürzer) sehr viel C-14 erzeugt. Valeri Hambaryan und Ralph Neuhäuser vom Astrophysikalischen Institut der Universität Jena haben sich die Sache genauer angesehen. Sie wollten herausfinden, was damals passiert ist.

Die Sonne kommt als Ursache nicht infrage. Um die Menge an C-14 zu erklären, braucht es ein sehr hochenergetisches Ereignis. 20-mal stärker als alles, was von der Sonne zu erwarten ist. Außerdem fand man im Eis der Antarktis in den Ablagerungen für das Jahr 775 einen Anstieg des Elements Be-10 (ein Isotop des Berylliums). Das passt ebenfalls nicht zur Sonne als Quelle.

Supernova oder Gammablitz

Aber vielleicht war es eine Supernova? Wenn ein großer Stern am Ende seines Lebens explodiert, kann er jede Menge Zeugs ins All schleudern. Es gibt einen Ausbruch an kosmischer Strahlung, der die Erde treffen kann. Damit die Supernova den C-14 Anstieg verursachen kann, muss sie allerdings ungefähr 400 Lichtjahre von der Erde entfernt stattgefunden haben. Damit wäre sie selbstverständlich am Himmel zu sehen gewesen; ziemlich hell sogar. Sie wäre eines der hellsten Himmelsobjekte gewesen, fast so hell wie die Sonne selbst und auch am Tag sichtbar. Diese Supernova hätte keiner übersehen können.

Es existieren keine Berichte aus der damaligen Zeit, die so ein Ereignis beschreiben. Aber vielleicht wurde das Licht der Supernova durch Wolken aus interstellarem Material blockiert, die zwischen uns und der Supernova lagen? Auch das haben Hambaryan und Neuhäuser untersucht. Im fraglichen Abstand gibt es keine Wolken, die dicht genug sind. Vielleicht haben die Menschen die Supernova damals wirklich übersehen? Oder die Aufzeichnungen sind alle verschwunden? Das ist durchaus möglich - aber dann müsste man immer noch den Supernovaüberrest sehen. Die Explosion eines Sterns hinterlässt eine charakteristische Wolke, und wenn es auch möglich ist, dass Aufzeichnungen über 1.200 Jahre alte Himmelsbeobachtungen verloren gehen, so ist es fast unmöglich, dass die Astronomen einen so nahen und so jungen Supernovaüberrest übersehen haben.

Neben den Supernovae kommen auch noch Gammablitze als Quelle der kosmischen Strahlung infrage. Und hier glauben Hambaryan und Neuhäuser, die Ursache des C-14-Anstiegs gefunden zu haben. Es gibt zwei verschiedene Arten: lange Blitze, die mehr als zwei Sekunden dauern, und kurze Blitze. Die langen Gammablitze entstehen, wenn enorm große Sterne explodieren. Sie kommen als Ursache nicht infrage, denn sie würden anderen Mengen an C-14, Be-10 oder anderen Elementen erzeugen, als man beobachtet hat. Aber ein kurzer Gammablitz würde passen.

Findet ein Gammablitz in der Nähe der Erde statt, dann kann dabei die Atmosphäre stark geschädigt werden. Daraus kann ein Massensterben der Lebewesen auf der Oberfläche resultieren. Da aber im Jahr 774/775 nichts dergleichen passiert ist, muss der Gammablitz ausreichend weit entfernt passiert sein. Ungefähr 3.000 bis 12.000 Lichtjahre weit weg, sind damals vermutlich zwei Neutronensterne kollidiert. Denn genau das ist die Ursache der kurzen Gammablitze.

Unsere Sonne wird sich am Ende ihres Lebens zu einem weißen Zwerg wandeln. Schwerere Sterne werden zu Neutronensternen, noch schwerere zu schwarzen Löchern. So ein Neutronenstern ist nur ein paar Kilometer groß, wiegt aber mehr als unsere Sonne. Wenn nun aber zwei Sterne ein Doppelsternsystem bilden und beide am Ende ihres Lebens zu Neutronensternen werden, dann kriegt man ein Doppel-Neutronensternsystem. Und wenn die beiden Neutronensterne sich nahe genug kommen, dann können sie kollidieren. Und wenn das passiert, dann geht es wirklich rund.

Neutronensterne sind unvorstellbar dicht. Ein Kubikzentimeter seiner Materie, nicht mehr als ein Zuckerwürfel, wiegt so viel wie 100 Millionen Autos. Man kann sich vorstellen, was passiert, wenn zwei dieser Objekte zusammenstoßen. Oder besser gesagt: Man kann es sich nicht vorstellen. Aber man kann es berechnen. Die beiden Neutronensterne bilden entweder einen neuen, großen Neutronenstern oder ein schwarzes Loch! Und die Energie, die bei der Kollision frei wird, erzeugt einen kurzen Gammablitz.

Ein unbemerkter Strahlungsschauer

Genau das soll vor 1.200 Jahren passiert sein. Gemerkt hat man auf der Erde davon nicht viel. Das Ereignis war kürzer als zwei Sekunden, und wer nicht am richtigen Ort zur richtigen Zeit auf die richtige Stelle am Himmel geblickt hat, der hat nichts gesehen. Es ist also durchaus wahrscheinlich, dass es keine Aufzeichnungen des Ereignisses gibt. Auch ein Supernovaüberrest kann nicht gefunden werden. Zwar entstehen auch Neutronensterne bei Supernova-Explosionen. Die Kollision und der Gammablitz haben aber alles, was noch übrig war, zerstört.

Es ist natürlich nicht einfach, so eine These zu bestätigen. Aber man kann es probieren. Man kann sich auf die Suche nach massereichen Neutronensternen machen, die im richtigen Abstand zur Erde liegen und das richtige Alter haben, um das Resultat eines Gammablitzes zu sein. Fünf Stück davon haben Hambaryan und Neuhäuser identifiziert. Ob aber einer davon wirklich derjenige ist, ist eine andere Frage. Dazu müsste man sie ganz genau beobachten und nachsehen, ob da tatsächlich kein Supernovaüberrest mehr ist.

Bis es so weit ist, bleibt es eine faszinierende Möglichkeit: Als Karl der Große gegen die Langobarden und Sachsen gekämpft hat, als der Dom in Salzburg eingeweiht wurde, als England erstmals einen König hatte - da traf von allen unbemerkt ein Strahlungsschauer auf die Erde, der das Resultat einer unvorstellbaren Katastrophe tief im All war, deren Spur wir im Inneren der Bäume gefunden haben.

Florian Freistetter promovierte am Institut für Astronomie der Universität Wien und hat danach an der Sternwarte der Universität Jena und dem Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg als Astronom gearbeitet. Zurzeit lebt er in Jena, bloggt auf scienceblogs.de über Wissenschaft und schreibt Bücher.  (ff)


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