Im Oktober 2022 begannen Untersuchungen zur Überwachung des Himmels auf Explosionen im Weltraum wie ein Frosch in einer Socke.
Der Grund? Etwas in 2,4 Milliarden Lichtjahren Entfernung spuckte den größten jemals aufgezeichneten Gammastrahlungsausbruch aus. Das Ereignis, GRB 221009A, erreichte eine Rekordstärke von 18 Teraelektronenvolt und war so stark, dass es die äußere Erdatmosphäre erschütterte.
Wir stellten später fest, dass das Ereignis mit dem Spitznamen BOAT (für Brightest of All Time) die Geburt eines Schwarzen Lochs durch den gewaltsamen Tod eines massereichen Sterns war.
Nun hat eine neue Analyse des sich entwickelnden Lichts die Feinheiten dieser Explosion enthüllt und herausgefunden, dass das BOAT trotz all seiner Gammastrahlen-Wut tatsächlich überraschend gewöhnlich war, was wir nicht erwartet hatten.
„Sie ist nicht heller als frühere Supernovae“, sagt der Astrophysiker Peter Blanchard von der Northwestern University in den USA.
„Im Zusammenhang mit anderen Supernovae, die mit weniger energiereichen Gammastrahlenausbrüchen (GRBs) einhergehen, sieht es ziemlich normal aus. Man könnte erwarten, dass derselbe kollabierende Stern, der einen sehr energiereichen und hellen GRB erzeugt, auch eine sehr energiereiche und helle Supernova erzeugen würde. Aber es Es stellt sich heraus, dass dies nicht der Fall ist. Wir haben diesen extrem leuchtenden GRB, sondern eine normale Supernova.
Gammastrahlenausbrüche sind die stärksten Explosionen im Kosmos. Es handelt sich, wie der Name schon sagt, um Gammastrahlungsausbrüche – das energiereichste Licht im Universum –, die in 10 Sekunden mit so viel Energie ausbrechen können, wie die Sonne in 10 Milliarden Jahren aussendet.
Wir kennen mindestens zwei große Ereignisse, die einen GRB erzeugen können: die Bildung eines Schwarzen Lochs, wenn ein massereicher Stern zur Supernova wird, oder die Hypernova, die die Verschmelzung zweier Neutronensterne begleitet.
Es wird angenommen, dass die Arten von Novae, die Gammastrahlenausbrüche erzeugen, auch für die Produktion schwerer Elemente im Universum verantwortlich sind. Die Sache ist die: Schwere Elemente existierten einfach nicht, bis die Sterne sie erschufen.
Sterne entstehen größtenteils aus dem im Universum reichlich vorhandenen Wasserstoffgas, aber sie zerschlagen Atomkerne in ihren Kernen, um schwerere Elemente zu erzeugen. Bei Eisen ist dies der Höhepunkt, denn die Verschmelzung von Eisenatomen verbraucht mehr Energie als sie erzeugt.
Elemente, die schwerer als Eisen sind, können jedoch in den heftigen Wirren einer riesigen kosmischen Explosion entstehen. Und wir haben es gesehen! Nach Kollisionen von Neutronensternen haben Wissenschaftler Elemente entdeckt, die zu schwer sind, um sich durch Kernfusion zu bilden.
Aber es gibt vieles, was wir nicht wissen. Wenn wir eingrenzen können, bei welchen Explosionen diese Elemente am wahrscheinlichsten entstehen, verfügen wir über ein neues Werkzeug, um nicht nur zu verstehen, wie das Universum Dinge herstellt, sondern auch, wie häufig solche Explosionen vorkommen.
Deshalb wollten Blanchard und seine Kollegen natürlich einen Blick auf GRB 221009A werfen, um zu sehen, ob das von ihm ausgestrahlte Licht Signaturen schwerer Elemente aufweist.
Aber sie mussten warten. Die Explosion war so hell, dass sie unsere Instrumente praktisch blendete.
„Der GRB war so hell, dass er in den ersten Wochen und Monaten nach dem Ausbruch jede mögliche Supernova-Signatur verdeckte“, erklärt Blanchard.
„Zu diesen Zeiten war das sogenannte Nachleuchten des GRB so, als würden die Scheinwerfer eines Autos direkt auf einen zukommen und man konnte das Auto selbst nicht sehen. Wir mussten also warten, bis es deutlich verblasste, um uns eine Chance zu geben.“ die Supernova sehen.“
Erst etwa sechs Monate, nachdem wir die Explosion zum ersten Mal gesehen hatten, konnten die Forscher das James-Webb-Weltraumteleskop nutzen, um das Licht im Infrarotwellenlängenbereich zu untersuchen. So konnten sie feststellen, dass die Supernova selbst relativ normal war. Der Grund dafür, dass es so hell war, war wahrscheinlich, dass der Strahl des Gammastrahlenausbruchs direkt auf die Erde gerichtet war.
Anschließend kombinierten die Forscher die JWST-Daten mit Radiobeobachtungen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, um nach bestimmten Wellenlängenbereichen zu suchen, die auf das Vorhandensein schwerer Elemente hinweisen. Obwohl sie Dinge wie Kalzium und Sauerstoff fanden, die in Supernovae ziemlich üblich sind, gab es keine Anzeichen für die Produktion schwerer Elemente.
Nun reicht die Geschwindigkeit, mit der Neutronensterne verschmelzen, nicht aus, um die Menge an schwerer Materie zu erzeugen, die wir im Universum sehen. Es wurde erwartet, dass riesige Explosionen wie GRB 221009A dazu beitragen, aber das Fehlen schwerer Elemente legt nahe, dass wir uns damit geirrt haben.
Daher müssen wir uns andere potenzielle Quellen ansehen, um zu sehen, ob wir den Schuldigen identifizieren können, sagen die Forscher.
„Wir haben keine Signaturen dieser schweren Elemente gesehen, was darauf hindeutet, dass extrem energiereiche GRBs wie das BOAT diese Elemente nicht produzieren“, sagt Blanchard.
„Das bedeutet nicht, dass nicht alle GRBs sie produzieren, aber es ist eine wichtige Information, während wir weiterhin verstehen, woher diese schweren Elemente kommen. Zukünftige Beobachtungen mit JWST werden feststellen, ob die ‚normalen‘ Cousins des BOAT diese Elemente produzieren.“ “
Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Naturastronomie.