Kosmischer Blitz Der Terrorist im Weltall

Was ist der gefährlichste Ort der Milchstraße? Sicher, dem großen Schwarzen Loch in ihrem Zentrum sollte man tunlichst nicht zu nahe kommen. Auch um den instabilen Riesenstern Eta Carinae, der demnächst zur Supernova werden dürfte, macht man besser einen Bogen. Aber all dies ist nichts gegen einen Gamma-Ray-Burst.

Jeden Tag kommt es irgendwo am Himmel zu einem oder zwei dieser rätselhaften Strahlenausbrüche. Ihre Quellen liegen in fernen Galaxien, viele Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Darüber, was diese enormen Energiemengen freisetzt, gibt es nur Vermutungen: Eruptierende Galaxienkerne könnten es sein, kollidierende Neutronensterne oder besonders heftige Supernovaexplosionen, die ihre Energie zu engen Strahlen bündeln. Das alles ist aber nichts, was in unserer Galaxie in absehbarer Zeit zu befürchten wäre. Schon normale Supernovae gibt es hier nur alle paar hundert Jahre.

Macht auch unsere galaktische Heimat unsicher

Allerdings, eine bestimmte Sorte dieser kosmischen Gammastrahler scheint auch unsere galaktische Heimat unsicher zu machen. Am 27. Dezember 2004, einen Tag nach der Tsunami-Katastrophe im Indischen Ozean, erreichte der mit Abstand stärkste je registrierte Gammaschauer die Erde. Exakt zur Tagesthemen-Zeit prasselte fünf Minuten lang ionisierende Strahlung auf die Erdatmosphäre ein. Deren Dosis übertraf selbst die schwersten Ausbrüche unserer Sonne. Dabei lag der Ursprung des Blitzes nach neuesten Messungen nur 21000 bis 32000 Lichtjahre von der Erde entfernt - also mitten in unserer Milchstraße.

Ohne die uns viel nähere Naturkatastrophe, die am Tag zuvor hereingebrochen war, hätte die Nachricht wahrscheinlich sofort für Schlagzeilen gesorgt. "Wäre die Quelle weniger als zehn Lichtjahren entfernt gewesen, hätte der Blitz die Atmosphäre ernsthaft ramponiert und möglicherweise ein Massensterben ausgelöst", sagt Bryan Gaensler von Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. Gammastrahlung ist eine extrem hochenergetische Verwandte des sichtbaren Lichts. Trifft sie auf die Erdatmosphäre, zerschmettert sie die Luftmoleküle und wird dabei weitgehend absorbiert.

Satelliten und Raumsonden registrierten den Blitz

Die Astrophysiker erfuhren von dem Ereignis durch ihre Außenposten im Weltraum. Insgesamt 14 Instrumente auf verschiedenen Satelliten und Raumsonden zwischen Erdorbit und Saturn registrierten den Blitz. Manche von ihnen wurden dabei geblendet, weil ihre Detektoren übersteuerten. "Sogar der russische Coronas-F-Satellit sah diesen Burst, obwohl er sich zur Zeit des Ereignisses hinter der Erde befand", berichtet Giselher Lichti vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching: "Das Instrument hatte Gammastrahlen gemessen, die von der Mondoberfläche reflektiert worden waren." Lichti ist maßgeblich an einem der Forschungssatelliten beteiligt, dem Gammaobservatorium "Integral".

Nicht zuletzt weil der Blitz von so vielen Satelliten registriert wurde, sind sich die Forscher ziemlich sicher, woher er kam: aus dem Sternbild Schütze, von einer bizarren kleinen Kugel. Sie besteht hauptsächlich aus reiner Atomkernmaterie, ist nicht größer als eine mittlere Kleinstadt, aber so schwer wie die Sonne - ein sogenannter Neutronenstern. "SGR 1806-20", so sein Name, ist Astronomen durchaus kein Unbekannter. Er gehört zu einer Gruppe von bisher vier sogenannten "Soft Gamma Repeaters" - daher das Kürzel "SGR". 1806-20 wiederum sind die Koordinaten des Objektes am Himmel. Alle vier SGR sind Wiederholungstäter, die schon früher durch ähnliche, wenn auch nicht ganz so starke, helle Gammaeruptionen aufgefallen waren.

Nichts anderes als flackernde Neutronensterne in anderen Galaxien

"Soft" sind diese Ausbrüche nur hinsichtlich ihres Frequenzspektrums (der Anteil höherer Frequenzen ist vergleichsweise klein) und auch nur in Relation zu anderen Gamma-Ray-Bursts. Ansonsten ist ihre Strahlung außergewöhnlich hart. Die Heftigkeit des jüngsten Ausbruchs läßt die Forscher spekulieren, daß es sich bei einer bestimmten Untergruppe von Gamma-Ray-Bursts um nichts anderes als solche flackernden Neutronensterne in anderen Galaxien handeln könnte.

Damit wäre das Geheimnis der Gamma-Ray-Bursts wenigstens für diese Spezies gelüftet. Denn inzwischen sind sich die Forscher einigermaßen sicher, woher die nach astronomischen Maßstäben geradezu mikroskopisch kleinen SGR-Neutronensterne diese enorme Strahlungsenergie beziehen: aus ihrem Magnetfeld. SGR-Neutronensterne besitzen die mit Abstand stärksten magnetischen Felder im Universum, weswegen man sie auch "Magnetare" nennt.

Was passiert bei Sternen, die während des Kollapses schnell rotieren?

Schon gewöhnliche Neutronensterne hüllen sich in außerordentlich starke Magnetfelder. Das ist eine Folge ihrer Entstehung. Neutronensterne sind kollabierte Kerne einst massenreicher Sonnen, die nach dem Verbrauch allen Kernbrennstoffs ihr Dasein in einer Supernovaexplosion beendeten. Das ursprüngliche Magnetfeld des Sterns - es hat etwa die zehnfache Stärke eines handelsüblichen Magneten, mit dem man beispielsweise Zettel an Kühlschranktüren pinnen kann - wird bei einem solchen Kollaps zusammengepreßt und dabei milliardenfach verstärkt. Anhand von Computersimulationen hat man allerdings herausgefunden, daß die Materie in den Zentralbereichen eines kollabierenden Sterns nicht einfach radial nach innen fällt, sondern zusätzlich turbulente Bewegungen ausführt. Diese verwirbeln das Magnetfeld während der Kompression und verstärken es noch einmal.

Anfang der neunziger Jahre haben sich der amerikanische Astrophysiker Robert Duncan und sein kanadischer Kollege Christopher Thompson gefragt, was bei Sternen passiere, die während des Kollapses schnell rotieren. Ihre Berechnungen ergaben, daß die Turbulenz dort ein solches Ausmaß annehmen kann, daß am Ende ein Neutronenstern bleibt, dessen Magnetfeld das durchschnittlicher Artgenossen um das Tausendfache übertrifft: ein Magnetar. So etwas passiert allerdings selten, und so sind Magnetare dünn gesät. "In unserer Nähe gibt es keinen einzigen", sagt Bryan Gaensler, "zum Glück."

Nicht aus gewöhnlicher Materie

Tatsächlich sind die Magnetfelder in der Umgebung eines solchen Magnetars milliardenmal stärker als alles, was Physiker in ihren Laboren bisher zustande gebracht haben. Diese Magnetkräfte deformieren die Atomstruktur der Materie (siehe: "Extreme Magnetfelder") und würden alleine dadurch einen Menschen, der sich einem solchen Objekt auf tausend Kilometer nähert, sofort töten. Daß ein Magnetar nicht von seinem eigenen Magnetfeld zerrissen wird, liegt nur daran, daß er eben nicht aus gewöhnlicher Materie besteht. Diese gibt es nur an seiner Oberfläche in Form von Atomkernen, die dort eine starre Kruste bilden. Die Kruste besitzt neueren Theorien zufolge allerdings keine kristalline Struktur, sondern ist eher amorph, ähnlich wie Glas. Zusammengepreßt zwischen der enormen Schwerkraft von oben und den Quantenkräften der Neutronen von unten, ist diese Kruste selbst von den außerordentlich starken Magnetfeldern nur schwer zu deformieren.

Aber manchmal passiert es eben doch. Dann bricht oder schmilzt die Kruste. Der Antrieb dazu kommt aus dem Inneren des Magnetars. Bei den vier bekannten Exemplaren handelt es sich wohl um recht junge Objekte, kaum älter als einige 10000 Jahre. Daher sind die Magnetfeldlinien in ihrem Inneren noch von der Turbulenz der Geburt heillos verzwirbelt und haben gleich einem verdrillten Gummiband extrem viel Energie gespeichert. Gibt nun die Kruste irgendwo nach, entlädt sich ein Teil dieser Energie und verschiebt die Krustenfragmente gegeneinander. Die dort verankerten Magnetfeldlinien verbiegen sich und treiben dabei gewaltige elektrische Ströme die Feldlinien entlang. Diese wiederum lassen durch verschiedene physikalische Prozesse die Umgebung im Röntgenlicht aufleuchten wie eine gewaltige Glühbirne. Der Magnetar bricht aus.

Globales Sternbeben

Schwächere solcher Ausbrüche sind häufiger als stärkere - statistisch verhalten sich die magnetischen Neutronensternbeben ganz ähnlich wie Erdbeben auf der Erde. Richtig schwere Ausbrüche, wie der, dessen Strahlung am 27. Dezember das Sonnensystem erreichte, sind entsprechend selten. Was dabei passiert sein könnte, beleuchtet Kevin Hurley von der University of California in Berkeley zusammen mit einer Reihe von Kollegen in einem von mehreren Artikeln über das Ereignis, die demnächst in Nature erscheinen werden.

Die Forscher schätzen, daß bei diesem Ereignis Krustenfragmente zwischen 30 und 280 Winkelgrade gegeneinander verschoben wurden. Es muß sich um ein globales Sternbeben gehandelt haben, bei dem die Struktur des äußeren Magnetfeldes des Sterns dermaßen durcheinandergeriet, daß sich die Magnetfeldenergie überall in glühenden Feuerbällen aus Elektronen und ihren Antiteilchen, den Positronen, entlud. Aufgrund ihrer elektrischen Ladung wurden diese Teilchen von den Magnetfeldern festgehalten, bis sie sich gegenseitig zu Gammastrahlung vernichteten. Wo die Feldlinien sich aber so stark verknoteten, daß es zu magnetischen Kurzschlüssen, sogenannten Rekonnexionen kam, öffneten sie sich und schleuderten ihre strahlende Teilchenfracht in den Weltraum. Diese Prozesse haben nach Ansicht von Hurley und seinen Kollegen zu jenem Blitz aus relativ harter Strahlung geführt, durch den während der ersten 0,2 Sekunden des jüngsten Ausbruches der Löwenanteil der Energie freigesetzt wurde.

Vielleicht schon sein gesamtes Pulver verschossen?

Wie bei den drei anderen Magnetaren, die bisher durch ihre SGR-Ausbrüche auffällig geworden sind, folgte auf den Blitz eine ganze Schar weiterer, kleinerer Strahlungsspitzen, deren Energie während der nächsten Minuten nun beständig abnahm. Der zeitliche Abstand zwischen zwei solcher Spitzen betrug immer exakt 7,56 Sekunden. Die Forscher sind sich einig, daß sie hier die Rotation des Magnetars um die eigene Achse verfolgen. Offenbar leuchteten nach dem globalen Gammablitz nur noch lokale Regionen, die an die Sternoberfläche gebunden sind und sich daher jeweils alle 7,56 Sekunden ins Bild schieben. Dabei handelte es sich vermutlich um Feuerbälle, die in dem mitrotierenden Magnetfeld hängengeblieben waren, nachdem dieses sich wieder beruhigt hatte. Die magnetisch gefangenen Elektronen und Positronen lösten sich nun peu a peu in Gammastrahlung auf, wodurch die lokalen Feuerbälle immer weiter an Strahlkraft verloren. Jedenfalls bis zum nächsten Ausbruch.

Wenn es denn einen gibt. Theoretische Berechnungen haben schon vor Jahren ergeben, daß die in dem verdrillten inneren Magnetfeld gespeicherte Energie eines frischen Magnetars für ungefähr hundert heftige Ausbrüche von der damals bekannten Stärke reicht. Beim jüngsten Ausbruch wurde aber möglicherweise mehr als das Hundertfache dieser Energie frei. Damit könnte SGR 1806-20 bereits sein gesamtes Pulver verschossen haben. Er dürfte dann noch weiter etwas vor sich hin flackern und anschließend, wie die ganze übrige Schöpfung auch, langsam, sehr langsam dem voraussichtlichen Kältetod des Universums entgegendämmern. Ein gefährlicher Ort wird SGR 1806-20 aufgrund seines Schwerefeldes bleiben. Aber seine kosmische Umgebung wird er wahrscheinlich nicht mehr groß behelligen.