Gammastrahlen-Astronomie: Das Gute, das Schlechte und das Hässliche

Gammastrahlenausbrüche sorgen seit ihrer Entdeckung in den 1960er Jahren durch US-Militärsatelliten auf der Suche nach Beweisen für geheime Atomwaffentests für ständige Aufregung.



Wenn sie den Himmel erleuchten, sind Gammastrahlenausbrüche die hellsten Objekte im Universum. Sie emittieren so viel Licht, dass Astronomen glauben, dass es irgendwie kollimiert werden muss, sonst könnte die Gesamtemission nicht aus einem derzeit verstandenen astrophysikalischen Phänomen stammen. So geben sie in wenigen Sekunden die Energie ab, die der Ruhemasse der Sonne entspricht.

Das macht sie für die Menschheit von mehr als nur einem vorübergehenden Interesse. Gammablitze in der Milchstraße könnten in der Vergangenheit ein Massensterben auf der Erde ausgelöst haben und uns so in Zukunft bedrohen.





In der Milchstraße wurde jedoch noch nie ein Gammastrahlenausbruch beobachtet. Tatsächlich sind sie im Allgemeinen die am weitesten entfernten und daher die ältesten astronomischen Objekte, die wir sehen können. Astronomen sagten letzte Woche, sie hätten einen Gammastrahlenausbruch entdeckt, der sich nur 630 Millionen Jahre nach dem Urknall ereignete.

All diese Informationen und noch viel mehr sind das Ergebnis von zwei Revolutionen, die in der Gammastrahlen-Astronomie stattgefunden haben. Die erste ist die Einführung der Gammastrahlen-Teleskope Swift und Fermi in den Jahren 2004 bzw. 2008. Zweitens ist ein globales Koordinierungsprojekt, das die Gemeinschaft auf Gammastrahlenausbrüche aufmerksam macht, damit ihr Nachleuchten bei anderen Frequenzen beobachtet werden kann.

Infolgedessen sind Astronomen von Daten über Gammastrahlenausbrüche nicht mehr so ​​ausgehungert, dass sie plötzlich darin ertrinken. Und da die Menge an kaum verstandenen Daten von Tag zu Tag wächst, wird langsam klar, dass Gammablitze viel komplexer und mysteriöser sind, als man sich das vorgestellt hat.



Heute skizziert Maxim Lyutikov von der Purdue University in Indiana die Geheimnisse, über die Astronomen rätseln, und bietet eine faszinierende Lektüre. Es scheint zwei Arten von Gammastrahlenausbrüchen zu geben: lange, die Tausende von Sekunden dauern, und kurze, die in weniger als einer Sekunde auf- und abblitzen. Wie diese verschiedenen Typen auftreten, ist noch nicht bekannt. Und wetten Sie nicht darauf, dass bald andere Arten von Bursts entdeckt werden.

Diese Bursts haben ein Röntgen-Nachleuchten, das manchmal schnell abklingt und in anderen Fällen für Zehntausende von Sekunden ein Plateau erreicht. Einige Bursts flammen später wieder auf und andere brechen kurzzeitig ab, wie ein nach hinten gerichteter Ford Model T.

Jede dieser Beobachtungen erfordert eine separate Erklärung, und die Theoretiker tun sich schwer. Der Konsens ist, dass Gammastrahlenausbrüche bei einer Art Gravitationskollaps entstehen, bei dem Gravitationsenergie in kinetische Energie und dann in Licht umgewandelt wird. Supernovae gelten also allgemein als eine Art von Quelle. Woher die anderen kommen, weiß niemand.

Dann stellt sich die Frage, wie es zu einem solchen Kollaps kommt. Ein Gravitationskollaps impliziert die Existenz einer Stoßwelle, aber die Struktur dieser Welle und wie sie mit allem in ihrem Weg wechselwirkt, ist kaum verstanden.



Sogar der physikalische Mechanismus, durch den Gammastrahlen gebildet werden, ist umstritten. Eine Möglichkeit besteht darin, durch Synchrotron-Emission geladene Teilchen in einem Magnetfeld zu beschleunigen. Woher dieses Magnetfeld kommt und wie es mit einer Stoßwelle interagiert, ist nicht bekannt. Eine andere Möglichkeit ist die inverse Compton-Emission, bei der hochenergetische Elektronen die Energie von Photonen auf höhere Frequenzen steigern. Treffen Sie Ihre Wahl.

Die Hoffnung ist, dass diese Mechanismen in irgendeiner Weise zusammengefügt werden können, um die Struktur der Daten zu erklären, die Astronomen sehen: die Flares, das Nachglühen und die unterschiedlichen Zeitskalen, in denen diese auftreten.

Aber Lyutikov befürchtet, dass diese Prozesse so komplex sind, dass sie für immer jenseits des Verständnisses der Sterblichen liegen.

Das ist zu pessimistisch. Fortschritte in vielen Bereichen der Astrophysik werden durch den Mangel an Daten begrenzt. Die Gammastrahlen-Astronomie ist zumindest im Moment eine Ausnahme. Die Komplexität, die diese Daten darstellen, ist nicht zu leugnen. Aber was dieser Zustand darstellt, ist eine einmalige Gelegenheit für eine neue Generation von Astrophysikern: ein spannendes Problem, das nur darauf wartet, gelöst zu werden.

Ref: arxiv.org/abs/0911.0349 : Gamma Ray Bursts: Zurück zur Tafel

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