Was ist ein Gammablitz? (Teil 1)

Über Gammablitze oder Gamma Ray Bursts bzw. kurz GRBs wurde hier im Blog ja schon öfter diskutiert. Vor allem deswegen, weil diese Ereignisse vor kurzen von den Esoterikern entdeckt wurden und nun allerhand seltsame Behauptungen darüber kursieren.

Es wird also Zeit, mal etwas genauer zu erklären, worum es sich hier handelt!

Eine Gammablitz ist ein kurzzeitiger Ausbruch an Gammastrahlung. Diese Energieausbrüche finden im Weltall statt und können von uns auf der Erde beobachtet werden.

Das elektromagnetische Spektrum

Aber vielleicht sollte ich am Anfang anfangen und erstmal was zur Gammastrahlung selbst sagen. Die Astronomie beobachtet ja schon lange nicht nur das sichtbare Licht alleine. Das, was wir mit unseren Augen wahrnehmen können, ist ja nur ein kleiner Ausschnitt aus dem sogenannten elektromagnetischen Spektrum. Sichtbares Licht besteht aus Photonen, die eine bestimmte Energie bzw. Wellenlänge haben. Um Licht mit unseren Augen sehen zu können, muss seine Wellenlänge zwischen 380 und 780 Nanometern betragen.

Aber elektromagnetische Strahlung gibt es bei vielen verschiedenen Wellenlängen! Wird sie zum Beispiel größer als 780 Nanometer, können wir die Strahlung zwar nicht mehr sehen – aber als Wärme spüren. Das ist die Infrarotstrahlung. Wenn die Wellenlängen noch größer werden – zwischen 30 Mikrometern und etwa 3 Millimetern, dann spricht man von Terahertzstrahlung. Über die wird gerade besonders viel gesprochen denn sie wird bei den „Nacktscannern“ eingesetzt. Bei noch längeren Wellenlängen kommen Mikrowellen, die wir u.a. zum Kochen verwenden und Radiowellen. Strahlung mit Wellenlängen kleiner als 380 Nanometern nennen wir UV-Strahlung. Werden die Wellenlängen kleiner als 1 Nanometer, dann spricht man von Röntgenstrahlung die aus der Medizin bekannt ist. Und bei noch kleineren Wellenlängen (kleiner als 10 Picometer) sind wir endlich bei der Gammastrahlung angelangt.

Das elektromagnetische Spektrum (anklicken zum Vergrößern). Bild: Horst Frank / Phrood / Anony (GFDL)

Entdeckt hat man sie 1900, als man die damals noch neue Radioaktivität untersucht hat. Seit 1914 weiß man, dass es sich dabei um elektromagnetische Strahlung handelt und heute wird sie künstlich in Teilchenbeschleunigern hergestellt und in der Medizin oder der physikalischen Materialprüfung verwendet.

Gammastrahlung

Gammastrahlung ist also im Prinzip auch nichts anderes als „Licht“ – nur die Wellenlänger sind viel kleiner. Damit ist die Energie der Photonen wesentlich höher – ein Photon der Gammastrahlung hat mindestens 75000 mal mehr Energie als die Photonen, die auf unser Auge treffen und durch die wir sehen können.

Sehen können wir auch die Photonen, die die Sterne am Himmel aussenden. Aber ein Stern erzeugt nicht nur Photonen im sichtbaren Licht sondern strahlt im gesamten elektromagnetischen Spektrum. Deswegen haben sich die Astronomen auch so bemüht, Geräte zu entwicklen, mit denen man die verschiedenen Wellenlängen beobachten kann. Heutzutage haben wir Infrarotteleskope, Röntgensatelliten; können Mikrowellen und Radiowellen beobachten. Und auch Gammastrahlung!

Deswegen hat sich das Gebiet der Gammaastronomie entwickelt bei der der Himmel nicht mit Teleskopen im sichtbaren Licht sondern mit Gammastrahlungsdetektorien beobachtet wird.

Das ist allerdings knifflig – den Gammastrahlung aus dem All wird von unserer Atmosphäre normalerweise nicht durchgelassen. Wir müssen die Gammastrahlungsdetektoren also ins Weltall bringen. Dabei handelt es sich auch nicht um klassische Teleskope mit Linsen und Spiegeln. Die Gammaphotonen sind so energiereich, dass sie sich dadurch nicht ablenken lassen würden. Um sie zu detektieren verwendet man Szintillationszähler. Das sind Geräte, die merken, wenn ein hochenergetisches Photon sie passiert und dann einen Lichtblitz erzeugen der detektiert werden kann.

Das MAGIC-Telescope auf La Palma zur bodengebundenen Gammastrahlenbeobachtung (BILD: CC 2.0, The MAGIC Telescope Project, https://wwwmagic.mppmu.mpg.de/)

Mit dem gleichen Trick hat man es dann übrigens doch geschafft, Gammaastronomie auch von der Erde aus zu betreiben: man beobachtet das Licht, das entsteht, wenn die Gammastrahlung auf die Teilchen der Erdatmosphäre trifft.

Die Gammaastronomie ist noch jung. Erst 1961 startete das erste Gammateleskop in den Weltraum – mit dem Satelliten Explorer 11 der NASA (Bild rechts). Er konnte zweiundzwanzig Mal Gammastrahlung aus dem All detektieren und wies damit nach, dass diese Strahlung tatsächlich im Weltraum existiert.

1967 folgte der NASA-Satellit OSO-3 („Orbiting Solar Observatory“). Er entdeckte Quellen von Gammastrahlung, die sich in den äußeren Bereichen unserer Milchstrasse befanden; dem sogenannten Halo.

Die Gammablitze

Richtig spannend wurde es dann Ende der Sechziger Jahre. Da wurden die Vela-Satelliten ins All geschossen. Die sollten eigentlich gar keine Astronomie betreiben, sondern darauf achten, dass der Vertrag über das Atomwaffentestverbot zwischen USA, UdSSR und Großbritannien eingehalten wurde. Da bei einer nuklearen Explosion Gammastrahlung frei wird, hatten die Satelliten Gammadetektoren an Bord.

Dann fand man aber etwas ganz unerwartetes: gewaltige Ausbrüche an Gammastrahlung, die nicht von der Erde stammten, sondern irgendwo im All stattfanden. Die Ereignisse dauerten nur Sekunden – waren aber so hell (im Gammalicht), dass sie für diesen Zeitraum alle anderen Gammaquellen überstrahlten. In wenigen Sekunden leuchteten sie heller als ganze Galaxien und setzten eine Energie frei, die die Sonne in Milliarden Jahren abstrahlt.

Diese Ereignisse waren etwas komplett anderes als die bisher bekannte kosmische Gammastrahlung und es sollte einige Zeit dauern, bis man erklären konnte, was sie verursacht. Dazu dann aber mehr im nächsten Teil.