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Können kurze und lange Gammablitze aus demselben System entstehen?
Zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Gammablitze sollten nach bisheriger Einteilung auf unterschiedliche Entstehungsprozesse hindeuten. Doch bei einem bereits 2016 beobachteten Ereignis lagen zwischen einem extrem kurzen und einem längeren Ausbruch nur vier Minuten. Eine neue Analyse zeigt, dass beide nahezu alle typischen Kennzeichen verschiedener Gammablitzklassen aufweisen, obwohl sie demselben Himmelsereignis zugeordnet werden.
Ningbo (China). Gammablitze zählen zu den energiereichsten kurzzeitigen Erscheinungen im Universum. Ihre intensive Gammastrahlung kann nur Sekundenbruchteile, aber auch mehrere Minuten andauern, weshalb die zeitliche Dauer seit Langem ein wichtiges Merkmal ihrer Einteilung ist.
Kurze Gammablitze unter zwei Sekunden werden meist mit der Verschmelzung kompakter Himmelskörper wie Neutronensternen in Verbindung gebracht. Längere Ausbrüche entstehen dagegen häufig beim Kollaps massereicher Sterne. Doch die Dauer allein reicht nicht immer aus, um ihren tatsächlichen Ursprung eindeutig zu bestimmen.
Forscher der Ningbo University um den als Korrespondenzautor ausgewiesenen Prof. Liang Li haben nun den Gammablitz GRB 160425A erneut analysiert. Das Weltraumteleskop Swift hatte das Ereignis am 25. April 2016 registriert, doch erst die getrennte Untersuchung seiner beiden Strahlungsphasen offenbart den ungewöhnlichen Gegensatz.
Der erste Teil, G1, dauerte rund 1,7 Sekunden, während die zweite Phase G2 etwa 51,2 Sekunden anhielt. Dazwischen lag eine weitgehend strahlungsfreie Pause von rund vier Minuten. Die Beobachtungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen ordnen beide Signale demselben Bereich des Himmels und derselben Wirtsgalaxie zu.
Die neue Auswertung untersucht nicht nur die Länge der Signale, sondern auch deren zeitliche Struktur, Strahlungshärte, Spektren und Verzögerungen zwischen verschiedenen Energiebereichen. Bei fast allen untersuchten Kriterien ähnelt G1 den typischen kurzen Ausbrüchen, während G2 die Kennzeichen eines langen Gammablitzes trägt.
„Am erstaunlichsten ist, dass die beiden Teilereignisse bei fast allen gängigen Kriterien zur Einteilung von Gammablitzen eindeutig in die Gruppen der kurzen beziehungsweise langen Ausbrüche fallen. Die Beobachtungen des Nachglühens in mehreren Wellenlängenbereichen zeigen aber, dass beide aus derselben Wirtsgalaxie kommen. Damit treten die Signaturen eines verschmelzungsartigen kurzen und eines kollapsartigen langen Ausbruchs in demselben physikalischen System auf“, erklärt Liang Li.
Die Unterscheidung ist astrophysikalisch bedeutsam, weil die beiden Ausbruchstypen normalerweise mit verschiedenen Vorläufersystemen verknüpft werden. Eine Verschmelzung zweier kompakter Objekte und der Zusammenbruch eines massereichen Sternkerns erfordern grundsätzlich andere physikalische Ausgangsbedingungen.
Die Kombination beider Signaturen lässt sich deshalb nicht einfach durch eine ungewöhnliche Gesamtdauer erklären. Auch die Deutung als schwacher Vorläufer eines langen Ausbruchs oder als nachlaufende Strahlung eines kurzen Gammablitzes passt nach der Analyse nur schlecht zu den deutlich unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Phasen.
„GRB 160425A zeigte innerhalb von nur vier Minuten nacheinander die Merkmale zweier Ausbruchsarten, die üblicherweise unterschiedlichen astrophysikalischen Ursprüngen zugeschrieben werden. Entweder kann dieselbe zentrale Energiequelle einen weitaus komplexeren Ausbruchsablauf erzeugen als bislang angenommen, oder es existiert ein noch unbekanntes astrophysikalisches System, das in so kurzer Zeit zwei verschiedene Ausbruchsmechanismen auslösen kann“, sagt Yu Wang vom International Center for Relativistic Astrophysics Network (ICRANet).