Gesundheit: Energie bis ans Ende der Zeit

Seit fast vierzig Jahren suchen Astronomen nach der Ursache für die gewaltigsten Explosionen im Kosmos. Diesen Monat startet die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa nun den Satellit „Swift“, der den Forschern helfen soll, das Rätsel zu lösen. Innerhalb von Sekunden setzen die Explosionen zehnmal mehr Energie frei als unsere Sonne in ihrem ganzen, zehn Milliarden Jahre währenden Leben.

„Gammastrahlungsausbrüche“ heißen diese kosmischen Katastrophen, denn sie senden ihre gigantischen Energiemengen als Gammastrahlung aus. Dabei handelt es sich ebenso wie bei gewöhnlichem Licht um elektromagnetische Strahlung – allerdings mit millionenfacher Energie. Im Durchschnitt täglich trifft ein Schauer dieser hochenergetischen Strahlung aus den Tiefen des Alls auf die Erde.

Den ersten Gamma-Schauer registrierten amerikanische Satelliten am 2. Juli 1967. Die Detektoren der Satelliten vom Typ Vela-4 sollten eigentlich die Einhaltung des Testverbots für Atomwaffen kontrollieren. Doch die empfangene Strahlung stammte nicht von einem irdischen Waffentest, sie kam vielmehr aus dem Weltall. Zunächst hielten die Militärs ihre Entdeckung geheim, erst sechs Jahre später erfuhr die Öffentlichkeit von dem rätselhaften Phänomen.

Obwohl seither tausende Gamma-Ausbrüche registriert wurden, fällt die Erklärung immer noch schwer. Die für ein astronomisches Ereignis extrem kurze Dauer deutet darauf hin, dass die Energie in einem sehr kleinen Gebiet erzeugt werden muss. Bei den kürzesten Ausbrüchen ist diese Region vermutlich sogar kleiner als ein normaler Stern wie etwa unsere Sonne. Wie aber kann in einer solch kleinen Region in so kurzer Zeit so viel Energie erzeugt werden?

Lange Zeit wussten die Astronomen nicht einmal, wo sich die Explosionen ereignen. Erste Hinweise lieferte der 1991 gestartete, mit vier speziellen Detektoren für Gammastrahlung ausgestattete Satellit Compton. Seine Messungen zeigten, dass die Gamma-Ausbrüche sich gleichmäßig über den Himmel verteilen. Ein Ursprung in der scheibenförmigen Milchstraße war somit ausgeschlossen.

Blieben zwei entgegengesetzte Möglichkeiten: Entweder die Explosionen sind ein „lokales“ Phänomen in der unser Sonnensystem umgebenden Oortschen Wolke aus Milliarden von Kometen, oder sie sind „kosmologisch“ und finden in Milliarden von Lichtjahren entfernten Galaxien statt.

Erst ein am 28. Februar 1997 von Compton registrierter Ausbruch brachte die Entscheidung. Damals gelang es den Forschern, einige Stunden nach dem Ausbruch das „Nachglühen“ der Explosion im sichtbaren Licht zu beobachten. Dabei zeigte sich, dass die Katastrophe tatsächlich in einer Milliarden von Lichtjahren entfernten Galaxie stattgefunden hatte. Das bedeutete zugleich einen unvorstellbar großen Energieausstoß im Moment der Explosion: In einigen Sekunden wurde mehr Energie abgestrahlt als durch alle anderen kosmischen Strahlungsquellen zusammen.

Dafür gibt es heute zwei unterschiedliche Theorien. Im ersten Modell stürzt ein extrem massereicher Stern am Ende seines Lebens zu einem Schwarzen Loch zusammen. „Hypernova“ nennen die Astronomen diesen Vorgang, in Anlehnung an die „Supernova“ genannten Explosionen normaler Sterne. Im zweiten Modell prallen zwei Neutronensterne – extrem verdichtete Sternenleichen – aufeinander und führen so ebenfalls zur Entstehung eines Schwarzen Lochs.

Vielleicht treffen auch beide Vorstellungen zu. Die Gammastrahlungsausbrüche treten anscheinend in zwei unterschiedlichen Varianten auf: kurze Ausbrüche dauern kaum eine Sekunde, längere einige Minuten. Möglicherweise handelt es sich bei kurzen Ausbrüchen um die Kollision von Neutronensternen, bei den langen dagegen um Hypernovae.

Ob diese Vorstellungen der Wissenschaftler zutreffen, können nur weitere Beobachtungen klären. Der 180 Millionen Dollar teure Satellit Swift soll deshalb mit seinem Weitwinkel-Detektor für Gammastrahlung ständig ein Drittel des Himmels auf Ausbrüche überwachen. Nach der Registrierung eines Gammastrahlungsschauers – mit etwa zwei Ereignissen pro Woche wird gerechnet – berechnet der Satellit dessen Position und dreht sich für weitere Beobachtungen im optischen, ultravioletten und im Röntgen-Bereich in die entsprechende Richtung. Eine vergleichbar schnelle Reaktion ist mit Teleskopen auf der Erde nicht zu erreichen.

Zudem sendet der Satellit die Positionsdaten des Ausbruchs unverzüglich zur Erde, wo sie über ein spezielles elektronisches Netzwerk an Sternwarten auf der ganzen Welt verteilt werden. Einige der größten Fernrohre der Welt, darunter auch eines der vier acht Meter großen Giganten des „Very Large Telescopes“ der Europäischen Südsternwarte in Chile, sollen sich bei „Gamma-Alarm“ sogar automatisch auf die kosmische Explosion ausrichten. „Gamma-Ausbrüche sind eines der größten Rätsel in der Astronomie", meint Nasa-Experte Neil Gehrels.