Schlagwort: Gammastrahlung

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Ein unerwarteter Blitz im Krebsnebel

Auf zwei Bildfeldern sind je zwei rot umrandete helle Lichtquellen zu sehen. Die obere ist der Krebsnebel, er leuchtet auf dem rechten Bild vom April 2011 hell auf.

Credit: NASA, DOE, Fermi LAT, R. Buehler (SLAC, KIPAC)

Beschreibung: Warum blitzt der Krebsnebel auf? Niemand weiß das genau. Das ungewöhnliche Verhalten wurde im Lauf der letzten paar Jahre entdeckt. Es tritt anscheinend nur in sehr energiereichem Licht auf: im Spektrum von Gammastrahlen.

Vor erst einem Monat zeigten Beobachtungen des Krebsnebels mit dem Gammastrahlenteleskop Fermi ein unerwartetes Aufleuchten im Licht von Gammastrahlen. Dabei erreichte der Nebel etwa das Fünffache seiner üblichen Helligkeit in diesem Spektralbereich. Nach nur wenigen Tagen verblasste er wieder.

Üblicherweise ist die betroffene Region umso kleiner, je schneller die Veränderung geschieht. Das ist vielleicht ein Hinweis, dass der Krebspulsar am Geschehen beteiligt ist. Der mächtige Pulsar im Zentrum des Nebels ist ein kompakter Neutronenstern, der 30 Mal pro Sekunde rotiert.

Die Überlegungen richten sich besonders auf Veränderungen des Magnetfeldes, das vermutlich den mächtigen Pulsar umgibt. Rasche Veränderungen im Magnetfeld könnten zu Wellen rasch beschleunigter Elektronen führen, welche die Blitze abstrahlen könnten, möglicherweise auf ähnlichen Wegen wie unsere Sonne.

Dieses Bild zeigt, wie der Krebsnebel normalerweise im Vergleich zum Geminga-Pulsar im Gammastrahlenlicht aussieht, und wie er aussah, als er heller wurde.

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Die GRB 110328A-Symphonie

Mitten im Bild leuchtet ein heller Stern mit rotem Rand, der mit einem Pfeil markiert ist.

Credit: NASA, ESA und A. Fruchter (STScI)

Beschreibung: Am 28. März begann auf der ganzen Welt eine plötzliche Symphonie an Beobachtungen, als der Satellit Swift im Erdorbit einen Ausbruch hochfrequenter Gammastrahlen bei GRB 110328A beobachtete. Als dieselbe Quelle nach einer Pause von 45 Minuten nochmals aufblitzte, war klar, dass dieses Ereignis kein typischer Gammablitz war.

Zwölf Stunden nach dem ersten Ausbruch begannen Beobachtungen des optischen Gegenstücks am Nordic Optical Telescope (2,5 Meter) im mittleren Frequenzbereich. Am nächsten Morgen wurde die Explosion von den ELVA-Radioteleskopen in den USA beobachtet, diesmal in den niedrigen Bariton-Frequenzen von Radiowellen.

Später spielten viele optische Teleskope mit, zum Beispiel das 8-Meter-Teleskop Gemini Nord auf Hawaii. Alle beobachteten das optische Gegenstück von GRB 110328A. Das Röntgenteleskop Chandra vermaß die ungewöhnliche Quelle in den höheren Frequenzen von Röntgenstrahlen und beobachtete eine Woche lang zeitweise in den noch höherfrequenten Gammastrahlen.

In diesen Chor stimmte das Weltraumteleskop Hubble ein und nahm dieses Bild im optischen und infraroten Licht auf. Es bestätigte, dass der Blitz in der Sichtlinie einer Galaxie mit einer Rotverschiebung von 0,351 lag. Wenn die Explosion zu dieser Galaxie gehört, ereignete sie sich, als das Universum etwa zwei Drittel seines jetzigen Alters hatte.

Es gibt Überlegungen, ob der ungewöhnliche Gammastrahlen-Blitz von einem Stern stammt, der von einem sehr massereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxie auseinandergerissen wird. Die rätselhaften Bestandteile der fernen Detonation werden weiterhin untersucht.

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Riesige Gammastrahlenblasen um die Milchstraße gefunden

Eine ovale Fläche auf schwarzem Hintergrund ist rot und blau gefleckt, Waagrecht in der Mitte sind auch weiße und schwarze Flecken. Text oben: Fermi data reveal giant gamma-ray bubbles

Credit: NASA, DOE, Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop, LAT-Detektor, D. Finkbeiner et al.

Beschreibung: Wusstet ihr, dass sich in unserer Galaxis, der Milchstraße, riesige Blasen befinden, die Gammastrahlen aus der Richtung des galaktischen Zentrums aussenden? Nein? Das wusste auch sonst niemand. Im Lauf der letzten zwei Jahre wurden die Daten des Satelliten Fermi im Erdorbit immer schärfer, und damit wurde eine große, ungewöhnliche Struktur in der Richtung unseres galaktischen Zentrums immer deutlicher erkennbar.

Die beiden Blasen sind zusammen als das rot und weiß gefleckte Oval erkennbar, das die Mitte dieses gestern veröffentlichten Ganzhimmelsbildes umgibt. Die Ebene unserer Galaxis verläuft waagrecht in der Bildmitte. Wenn man annimmt, dass die Blasen aus dem galaktischen Zentrum stammen, sind sie riesig – von der Größe her konkurrieren sie mit der ganzen Galaxis, sie messen von oben bis unten etwa 50.000 Lichtjahre.

Schon auf früheren Ganzhimmelskarten gab im Radio-, Mikrowellen– und Röntgenbereich Hinweise auf die Blasen. Der Ursprung der Blasen ist derzeit unbekannt, wird jedoch voraussichtlich in den kommenden Jahren erforscht.

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Fermi katalogisiert den Gammastrahlen-Himmel

Dargestellt ist eine Grafik des ganzen Himmels als blaues Oval, die aus Daten des Teleskops Fermi erstellt wurde. Durch die Mitte verläuft ein hellblauer Streifen, das ist die Milchstraße.

Credit: NASA, DOE, Internationale Fermi-LAT-Arbeitsgruppe

Beschreibung: Was leuchtet am Gammastrahlen-Himmel? Die bisher vollständigste Antwort auf diese Frage bietet der erste Himmelskatalog des Gammastrahlen-Weltraumteleskops Fermi. Fermis Quellen kosmischer Gammastrahlen zeigen die energiereichsten Teilchenbeschleuniger der Natur, die schlussendlich Photonen mit 100 MeV bis 100 GeV liefern – das sind Photonen mit mehr als der 50 Millionen- bis 50 Milliardenfachen Energie von sichtbarem Licht. Zu den 1451 Quellen, die anhand von Daten aus einem Zeitraum von 11 Monaten Himmelsdurchmusterung mit Fermis Large Area Telescope (LAT) katalogisiert wurden, gehören energiereiche Galaxien mit intensiver Sternbildung und aktive galaktische Kerne (AGN) weit außerhalb der Michstraße. Doch auch innerhalb unserer eigenen Galaxis befinden sich viele Pulsare (PSR) und Pulsarwindnebel (PWN), Supernovaüberreste (SNR), Röntgen-Doppelsterne (HXB) und Mikroquasare (MQO). Fermis Karte des gesamten Himmels ist auf die Milchstraße zentriert, die diffuse Gammastrahlen-Emission der galaktischen Ebene verläuft waagrecht durch das Bild. Um die katalogisierten Gammastrahlenquellen zu erkennen, schiebt einfach den Mauspfeil über die Karte. Noch sind 630 der katalogisierten Quellen im Gammastrahlenbereich unbekannt, da sie nicht mit beobachteten Quellen im niedrigeren Energiebereich assoziiert werden können.

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Ferimis erstes Bild

Siehe Erklärung. Durch ein leuchtendblaues ovales Bild des ganzen Himmels verläuft waagrecht ein rotes Band, das die Milchstraße darstellt.

Credit: NASA, DOE, das internationale LAT-Team

Beschreibung: Das Gamma-ray Large Aera Space Telescope (GLAST), das am 11. Juni gestartet wurde um das Universum in extremen Energiebereichen zu erforschen, wurde nun offiziell in Fermi Gamma-ray Space Telescope umbenannt, zu Ehren des Nobelpreisträgers Enrico Fermi (1901-1954), Pionier der Hochenergiephysik. Nach der Testphase senden nun die beiden Instrumente Fermis, der Gamma-ray Burst Monitor (GBM) und das Large Area Telescope (LAT), regelmäßig Daten.

Dieses Falschfarbenbild zeigt Fermis erste Karte des Gammastrahlen-Himmels von LAT. Es zeigt den ganzen Himmel, das Zentrum unserer Milchstraße und die galaktische Ebene wurden über die Bildmitte projiziert.

Was leuchtet am Gammastrahlenhimmel? In der galaktischen Ebene kollidiert energiereiche kosmische Strahlung mit Gas und Staub und erzeugt das diffuse Gammastrahlen-Leuchten. Starke Emissionen von rotierenden Neutronensternen oder Pulsaren und weit entfernten aktiven Galaxien, bekannt als blazars, sind zu erkennen, wenn Sie den Mauspfeil über die Karte schieben.

Als Vorspiel für künftige Entdeckungen kombiniert dieses bemerkenswerte Ergebnis die Beobachtungen von nur 4 Tagen, was einem Jahr an Beobachtungen mit dem Compton-Gammastrahlenteleskop in den 1990er-Jahren entspricht. Zusätzlich zur Möglichkeit Gammastrahlenblitze zu beobachten erlaubt die stark verbesserte Empfindlichkeit Fermi tiefer in das Hochenergie-Universum hinauszublicken.

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Quer durchs Universum

Der Satellit Swift beobachtete einen ungeheuren Ausbruch, der links als große orangefarbene Quelle abgebildet ist. Rechts ist derselbe Ausbruch schwächer im UV-Licht zu sehen.

Credit: NASA Swift Team, Stefan Immler (GSFC) et al.

Wie weit seht ihr? Sogar die blassesten, mit bloßem Auge sichtbaren Sterne sind nur ein paar Hundert oder Tausend Lichtjahre entfernt und befinden sich alle in unserer Milchstraße. Wenn ihr wisst, wo ihr suchen müsst, erkennt ihr die Andromedagalaxie als blasse, verschwommene Wolke, diese ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt.

Falls ihr aber am 19. März ohne Fernglas oder Teleskop zum nördlichen Sternbild Bärenhüter geblickt habt, wurdet ihr vielleicht Zeuge des schwachen, kurzen Lichtblitzes eines Gammastrahlen-Ausbruchs. Der Ursprung des Ausbruchs lag auf halbem Weg durch das Universum in einer Entfernung von etwa 7,5 Milliarden Lichtjahren. Die kosmische Explosion ist das am weitesten entfernte Objekt, das je mit bloßem Auge sichtbar war, und es war auch das bei Weitem hellste je beobachtete Objekt. Man schätzt, dass es mehr als 2,5 Millionen Mal heller war als die hellste bekannte Supernova.

Der ungeheure Ausbruch wurde vom Satelliten Swift entdeckt und lokalisiert. Das ermöglichte eine rasche Entfernungsmessung und nachfolgende Beobachtungen mit großen erdgebundenen Teleskopen. Das abklingende Nachleuchten des Gammastrahlen-Ausbruchs, der als GRB080319B katalogisiert wurde, ist auf diesen beiden Bildfeldern im Gammastrahlen-Bereich (links) und im Ultraviolettlicht (rechts) zu sehen.

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