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<blockquote data-quote="H2SO4" data-source="post: 91568" data-attributes="member: 2506"><p>Bis heute sind tausende solcher Blitze bekannt und registriert, vor allem durch das an Bord des Compton- Satelliten (CGRO, Compton Gamma Ray Observatory) installierte BATSE- Experiment. Die einzelnen Blitze treten unregelmäßig auf und sind völlig isotrop über alle Himmelsrichtungen verteilt. Durch verfeinerte Messmethoden ist ihre Position heute recht genau bestimmbar. Das Überwachungsteleskop HETE 2 (High Energy Transient Explorer) sendet sofort nach der Detektion eines neuen Blitzes dessen Koordinaten zur Erde. Von hier aus kann dann das "Nachglühen" der Gammaquelle mit optischen Teleskopen verfolgt werden. </p><p></p><p>2609 Gammablitze, aufgenommen mit dem CGRO (Compton Gamma Ray Observatory). Man erkennt deutlich, wie gleichmäßig die Blitze verteilt sind. Dargestellt ist eine Projektion in galaktischen Koordinaten, die Milchstraßenebene ist die horizontale Linie in der Mitte. Aus der unteren Farbskala gehen die Intensitäten der einzelnen Bursts hervor.</p><p></p><p>Die Strahlungsintensität mancher Impulse ist höher als alle von anderen bekannten Objekten ausgestrahlten Energien. Sie übertreffen manchmal sogar die Quasare um den Faktor 10 000! Die freigesetzten Energien liegen im Bereich von 1043 bis 1045 Joule. Gammastrahlungsausbrüche sind daher die energetisch größten Vorgänge im Kosmos seit dem Urknall.</p><p></p><p>Wodurch aber können sie entstehen? </p><p></p><p>Zunächst vermutete man, dass diese Erscheinungen darauf zurückzuführen seien, dass Neutronensterne einen ihrer (möglicherweise vorhandenen) Planeten eingefangen haben. Beim Aufprall eines solch großen Körpers auf die Sternoberfläche würden rund 10 % der Planetenmasse in Energie umgewandelt. Eine andere Erklärung waren magnetische Strahlungsausbrüche, welche auf der Oberfläche alter Pulsare stattfinden könnten.</p><p></p><p>Diese Hypothesen hat man aber inzwischen beiseite gelegt. Die Ursachen der Gamma- Bursts sind inzwischen deutlich klarer geworden.</p><p></p><p>Für die Entstehung langer GRB's kommen eigentlich nur Supernovae oder Hypernovae in Betracht, den Explosionen massereicher oder sehr massereicher Sterne. Bei solchen Prozessen werden große Energien auch im Gammabereich freigesetzt. Nur bei den langen GRB's kann man ein Nachleuchten ("Nachglühen" genannt) auch im optischen Bereich mit dem Teleskop beobachten.</p><p></p><p>GRB030229 um 12:57 UhrEin außergewöhnlich heller Gammablitz, GRB 030329, wurde am 29. März 2003 im Sternbild des Löwen beobachtet. Dank des HETE- Experiments wurden die Koordinaten sofort zur Erde geleitet, weshalb diese Aufnahme 80 Minuten nach Erfassung des Bursts gelang. Der Gammablitz war eine halbe Minute lang heller als die Gammastrahlung des gesamten Universums! Es ist möglich, dass wir hier Zeuge der Geburt eines Schwarzen Loches waren, weil vermutlich die Explosion eines extrem massereichen Sterns, einer Hypernova, die Ursache des Blitzes war.</p><p></p><p>GRB030229 um 18:32 UhrNach knapp sieben Stunden ist die Quelle des Gammaausbruchs kaum noch zu erkennen. Das Besondere an diesem Burst war, dass er in einer Distanz von "nur" 2 Milliarden Lichtjahren stattfand. Das war der bisher zweitnächste Gammaausbruch, der je beobachtet wurde. Meistens kommen sie aus Entfernungen von 10 Milliarden Lichtjahren. Das Nachglühen war zu Beginn so hell, dass man es vielleicht sogar mit bloßem Auge hätte sehen können. </p><p></p><p>Kurzzeitige GRB's müssen andere Ursachen als Hypernovae haben. Als sehr wahrscheinlich gilt hier die Verschmelzung zweier Neutronensterne oder diejenige eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch, da nur bei einem solchen Vorgang so hohe Energieraten abgestrahlt werden könnten. Neutronensterne rotieren allgemein sehr schnell (siehe hierzu Pulsare) und weisen extreme Magnetfelder auf. Wenn solche Giganten kollidieren, verstärken sich die Magnetfelder noch weiter und die auftretenden, extremen Kräfte können schlagartig, im Sekundenbruchteil, soviel Energie freisetzen, wie ein Pulsar sonst nur in Millionen von Jahren emittiert. Das ergaben Computersimulationen des britischen Astronomen Stephan Rosswog von der University of Leicester.</p><p></p><p>Zudem wird bei solchen Zusammenstößen vermutlich auch eine bestimmte Menge an Material ausgestoßen, wie ein weiteres Modell erklärt, sicherlich aber weniger Materie als bei einer Supernova. Die Energieemission ist aber deutlich höher und so wird die Geschwindigkeit des abgestoßenen Materials in relativistischen Bereichen liegen. Das beschleunigte Material wird dann aber wieder im interstellaren Medium abgebremst und verwandelt einen großen Teil der (kinetischen) Energie in Strahlung. Das geschieht, weil in der Bugstoßfront die kinetische Energie auf Elektronen übertragen wird, die nun wiederum auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und dabei Synchrotronstrahlung im Gammabereich emittieren. Bei der Kollision ultrakompakter Objekte könnten auch entstehende relativistische Jets eine Schockfront im interstellaren Medium hervorrufen, aus der die Gammastrahlung hervorgeht. In Bereichen hinter dieser Front könnten energieärmere Emissionen durch den Aufprall entstehen, diese sehen wir dann als Nachglühen in den anderen Wellenlängenbereichen. </p><p></p><p>Durch die Dopplerverschiebung wird die Energie dieser Gammastrahlung in unsere Richtung noch verstärkt, und bedingt durch relativistische Effekte wird der Strahlungsausbruch dann in gebündelter Form bei uns zu empfangen sein (siehe hierzu auch Schneller als das Licht?).</p><p></p><p>Weil die Intensität und Dauer der Bursts von den Umständen bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne oder eines solchen mit einem Schwarzen Loch (ihre Massen, Aufprallgeschwindigkeiten, Materie in ihrer Umgebung usw.) abhängen und daher sehr verschieden ausfallen können, erklärt man sich damit die Unterschiede der bisher beobachteten kurzen Bursts.</p><p></p><p>Wie bereits erwähnt führt man das Auftreten eines Gamma- Blitzes auch auf Hypernovaexplosionen, also dem Zusammenbruch supermassiver Sterne, zurück. In diesem Bild hat das Weltraum- Teleskop Hubble die Quelle eines Gamma- Ausbruchs entdeckt. Möglicherweise ist hier ein supermassiver Stern explodiert und hat vielleicht ein Schwarzes Loch hinterlassen. Der uns nächstgelegene Stern, dem ein solches Schicksal beschieden sein könnte, ist der 100- Sonnenmassen schwere Stern Eta Carinae, der nur rund 8000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.</p><p></p><p>Eine weitere, ältere Hypothese führt die Bursts auf das Verdampfen primordialer Schwarzer Mini- Löcher zurück. Nach der Urknallhypothese könnten sich im Anfangsstadium des Alls winzige Mini- Löcher gebildet haben. Solch ein Gebilde von Protonengröße, wenn es die Masse eines kleinen Berges (1015 [g]) übersteigen würde, könnte bis heute existieren (kleinere Löcher wären inzwischen verdampft). In dem Moment, wo es verdampft, würde es einen gewaltigen Ausbruch von Teilchen und Energie für den Bruchteil einer Sekunde geben. Ein solches Ereignis wäre durch einen Gamma- Burst gekennzeichnet und würde die Existenz der Mini- Löcher anzeigen. Allerdings konnte bis heute die Existenz primordialer Schwarzer Löcher nicht geklärt werden.</p><p></p><p>Gammastrahlen werden auch in unserer Milchstraße erzeugt, und zwar durch unterschiedliche Quellen. Stellare Quellen sind beispielsweise einige Pulsare, wie der bekannte Pulsar im Krebsnebel oder der Vela- Pulsar. Ihre Gammastrahlung ist gepulste Synchrotronstrahlung.</p><p></p><p>Ein rotierender Neutronenstern ist ein PulsarEin Neutronenstern hat ein milliardenfach stärkeres Magnetfeld wie die Erde (oberes Bild). Durch seine irrsinnig schnelle Rotation werden Teilchen von seiner Oberfläche mitgerissen und entlang der Magnetfeldlinien bis in relativistische Bereiche beschleunigt. Diese geben dann einen Teil ihrer kinetischen Energie in Form von Synchrotronstrahlung wieder ab. Die Synchrotronstrahlung kann dabei im Röntgenbereich liegen, aber auch als Gammastrahlung emittiert werden. Liegt die Rotationsachse des Magnetfeldes in Richtung Erde, empfangen wir einen Gamma- Puls</p><p></p><p>Nicht unerwähnt bleiben sollen hier auch einige der wenigen eindeutig identifizierten Gamma- Quellen. Zu ihnen gehören einige Röntgen- Doppelsterne wie Cygnus X-1 und Hercules X-1. Auch in der Nähe unseres galaktischen Zentrums liegt eine Gammaquelle. Selbst unsere Sonne strahlt einen geringen Gamma- Anteil ab. Extragalaktische Quellen sind die Seyfert- Galaxie NGC 4151, die elliptische Riesengalaxie Markarian 421 und der Quasar 3C279.</p><p></p><p>Eine elegante Lösung zur Erzeugung von Gammastrahlung sind natürlich die Schwarzen Löcher. Spiralt Materie in einer Akkretionsscheibe um ein Loch, kann sie durch die extrem hohe Reibung und Beschleunigung so viel an kinetischer Energie aufnehmen, dass letzthin unter anderem auch Gammastrahlung emittiert wird. Das jedoch wohl eher nicht als Gammablitz, sondern vielmehr in Form kontinuierlicher Strahlung.</p><p></p><p>Mysteriöse Gammaquellen in unserer GalaxisDiese Bilder geben eine Vorstellung von der Ansicht unserer Milchstraße. Links oben ist eine Computer- Animation zu sehen, welche die Milchstraße in der Draufsicht zeigt, rechts daneben sieht man sie von der Seite. Links unten sind insgesamt 271 Gammastrahlen- Quellen dargestellt, aufgenommen durch den Compton- Satelliten. Sie emittieren kontinuierlich Strahlung. Man muss sich dabei vorstellen, dass die Darstellung uns kugelförmig umgibt. Die Anhäufung der Strahlungsquellen in der Bildmitte gibt die galaktische Ebene wieder. Rechts unten sieht man ausschließlich 120 nicht identifizierte Quellen aus gleicher Untersuchung. Die Hälfte von ihnen, fast alle in der galaktischen Ebene konzentriert, mögen bekannte Objekte sein, die aber noch nicht klassifiziert werden konnten. Die andere Hälfte ist einer neuen Klasse von Strahlern zuzuordnen, die im so genannten Gould Belt liegen. Das ist vermutlich ein Ring aus jungen, sehr massiven Sternen mit einem Durchmesser von etwa 2000 Lichtjahren (die Sonne liegt ungefähr auf halbem Weg zum Rand des Rings). Der Belt ist der Überrest irgendeines gewaltigen Ereignisses vor etwa 40 Millionen Jahren. Wenn seine Ausläufer auf Interstellare Materie treffen, wird eine hohe Bildungsrate von massiven Sternen ausgelöst. Diese haben nur eine kurze Lebensdauer und enden in Neutronensternen oder Schwarzen Löchern. Beide sind aber potentielle Quellen für Gammastrahlung.</p><p></p><p>Auf der Suche nach Ursachen für die langen Bursts ist man inzwischen ein gutes Stück vorangekommen. In den Spektren der beobachteten GRB's fand man häufig ausgeprägte Eisenlinien, was in der Tat auf die Explosion massereicher Sterne schließen lässt. Der Röntgensatellit XXM- Newton fand zudem Hinweise auf Schwefel, Silizium und andere schwere Elemente. Nicht zuletzt finden diese hochenergetischen Explosionen in Bereichen statt, in denen man sie auch erwartet: In Gebieten erhöhter Sternentstehung. Massereiche Sterne entwickeln sich ja sehr schnell und können sich daher bis zu ihrer Explosion kaum vom Entstehungsort entfernen.</p><p></p><p>Für die hohen Energieausstrahlungen hat man nun auch eine Erklärung parat. Massereiche Sterne sind in jedem Fall von Materiescheiben umgeben, die sie z.T. selbst durch ihren Wind erzeugen. Bei der Explosion des Sterns wird die Energie in einer Art Schale aus Teilchen zunächst "zwischengespeichert". Diese Schale expandiert mit fast Lichtgeschwindigkeit und holt die langsame Materie ein, wodurch sich beim Zusammenprall eine Stoßfront ausbildet. In dieser Kollisionszone wird nun die Energie als Gammastrahlung freigesetzt. Die Ausbreitung geschieht möglicherweise in Form von Jets, wodurch wir die Gesamtenergie um den Faktor 500 zu hoch ansetzen (ein Jet von 10° Ausdehnung würde nur etwa 1/500 des Himmels abdecken, durch die Strahlbündelung sehen wir dann auch nur jeden fünfhundertsten GRB).</p><p></p><p>Auch gibt es einen simplen Grund für die kurze Zeitdauer der GRB's: Die Explosionswelle expandiert mit fast Lichtgeschwindigkeit. Dadurch kommen relativistische Effekte zum Zug, was bedeutet, dass die Zeit für außenstehende Beobachter extrem verkürzt wird! Einen Burst, der sich vielleicht über viele Stunden entwickelt, sehen wir deshalb nur wenige Sekunden.</p><p></p><p>Zwar wissen wir längst nicht alles über Gammaausbrüche und die Explosion massereicher Sterne, vieles ist noch sehr rätselhaft. Durch ihre unermüdliche Arbeit haben die Wissenschaftler inzwischen aber einige Geheimnisse aufgedeckt, und weitere künftige, empfindlichere Observatorien außerhalb der Erdatmosphäre werden sie bei dieser Aufgabe unterstützen.</p><p></p><p><span style="color: red">Kosmische Strahlung:</span></p><p></p><p>Aus allen Richtungen des Kosmos wird auf uns geschossen! Zu jeder Zeit werden wir mit hochenergetischen Protonen, Neutrinos, ±- Teilchen (Heliumkerne) und schwereren Kernen sowie Elektronen bombardiert. Diese Teilchen stammen sehr wahrscheinlich aus unserer Galaxis.</p><p></p><p>Entdeckt wurde die kosmische Strahlung bereits 1912 von dem österreichischen Physiker Prof. Viktor Hess. Die Radioaktivität war bereits bekannt und man glaubte, dass die gemessene ionisierende Strahlung aus der Erde selbst emittiert wurde. Hess stieg jedoch mit einem Ballon bis auf 5 [Km] Höhe und stellte dabei ein stetiges Ansteigen der Intensität mit der Höhe fest. Er schloss daraus, dass die Strahlung aus dem Weltraum kommen musste. Wenn die hochenergetischen Teilchen mit den Atomkernen der Erdatmosphäre zusammenprallen, werden bei diesen Kollisionen Schauer von vielen Sekundärteilchen erzeugt. Nachweisen konnte man diese schon 1927 mit einer Nebelkammer.</p><p></p><p>Im Mittel treffen 700 Teilchen pro m2 und Sekunde bei uns ein. Überwiegend sind das Protonen (etwa 87%), rund 12% ±- Teilchen (Heliumkerne) sowie 1% schwerere Kerne, wobei fast alle bekannten chemischen Elemente nachgewiesen wurden. Die Teilchen weisen Energien zwischen 107 und 1020 [eV] (Elektronenvolt, Erläuterung siehe unten) auf. Dabei gilt, dass mit zunehmender Energie die Teilchenhäufigkeit abnimmt, die hochenergetischen Teilchen sind also eher selten. Letztere weist man mit großflächigen Detektoren in Langzeitmessungen indirekt durch Erfassung der Sekundärstrahlung auf der Erde nach. Bei Energien bis zu 1015 [eV] werden Instrumente wie Ionisationskammern, Zählrohre und Kernspurplatten mit Ballonen in die oberste Atmosphäre gebracht, oder sie sind in Satelliten (Space Shuttle, ISS) installiert.</p><p></p><p>Die kosmische Strahlung kommt gleichmäßig verteilt aus allen Richtungen des Weltraums. Verschiedene Quellen kommen dafür in Betracht:</p><p></p><p> * Supernovaexplosionen</p><p> * Pulsare. Diese Neutronensterne sind mit ihren extremen Magnetfeldern in der Lage, geladene Teichen hoch zu beschleunigen.</p><p> * Weiße Zwerge mit starken Magnetfeldern</p><p> * Novae</p><p></p><p>Wahrscheinlich sind aber Supernovae die hauptsächlichen Verursacher der Strahlung. Bei diesen Explosionen werden große Materiemengen ins All gestoßen, wobei die Materie Magnetfelder mit sich führt. Entlang der Magnetfeldlinien beschleunigen die Teilchen der kosmischen Strahlung bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit. Diesen Vorgang hat bereits 1949 Enrico Fermi beschrieben. Unterstützt wird seine Theorie von der Elementverteilung der kosmischen Strahlung, die identisch ist mit derjenigen des Sonnensystems. Das ist ja ebenfalls aus den Auswürfen von Supernovaexplosionen aufgebaut.</p><p></p><p>Vor dem Auftreffen auf die Erde werden die Teilchen von interstellaren Magnetfeldern abgelenkt und auch durch das Magnetfeld der Erde (van Allen- Gürtel) beeinflusst. Auch der Sonnenwind mit seinen Magnetfeldern schirmt den inneren Bereich des Sonnensystems vor niederenergetischen Teilchen ab. Daher kann man nicht aus der Einfallsrichtung auf die Quelle schließen, vielmehr breitet sich die kosmische Strahlung gleichmäßig in unserer Galaxis aus. Das kann durch die Altersbestimmung von radioaktiven Nukliden belegt werden, wonach die Teilchen beim Auftreffen auf die Erde bis zu 10 Millionen Jahre unterwegs waren. Da sie sich mit fast Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, müssen sie größere Entfernungen als den Durchmesser der Milchstraße zurückgelegt haben. Daher wird die kosmische Strahlung vielfach gestreut oder abgelenkt sein und auf unregelmäßigen Bahnen die Galaxie durchqueren.</p><p></p><p>Auch wenn der Raum zwischen den Sternen ein fast perfektes Vakuum darstellt, so ist er doch überall durchzogen von Teilchenstrahlungen und elektromagnetischen Wellen und verschiedenen Feldern. Es gibt wohl keinen Ort im ganzen Kosmos, von dem man sagen könnte, er wäre ein absolutes Vakuum! </p><p></p><p>Elektronvolt (eV)</p><p></p><p>Ein Elektronvolt bezeichnet die kinetische Energie, die ein Elektron gewinnt aus dem Durchlaufen einer Potentialdifferenz von 1 Volt (im Vakuum).</p><p></p><p>1 [eV] = 1,602 189 × 10-19 [J] (1 [J], Joule, = 1 [Nm], Newtonmeter, = [m2 Kg s-2])</p><p></p><p>Um mit größeren Einheiten leichter umgehen zu können, hat man das Kiloelektronvolt [KeV] = 103 [eV], das Megaelektronvolt [MeV] = 106 [eV], das Gigaelektronvolt [GeV] =109 [eV] sowie das Teraelektronvolt [TeV] = 1012 [eV] für höchstenergetische Teilchen eingeführt.</p></blockquote><p></p>
[QUOTE="H2SO4, post: 91568, member: 2506"] Bis heute sind tausende solcher Blitze bekannt und registriert, vor allem durch das an Bord des Compton- Satelliten (CGRO, Compton Gamma Ray Observatory) installierte BATSE- Experiment. Die einzelnen Blitze treten unregelmäßig auf und sind völlig isotrop über alle Himmelsrichtungen verteilt. Durch verfeinerte Messmethoden ist ihre Position heute recht genau bestimmbar. Das Überwachungsteleskop HETE 2 (High Energy Transient Explorer) sendet sofort nach der Detektion eines neuen Blitzes dessen Koordinaten zur Erde. Von hier aus kann dann das "Nachglühen" der Gammaquelle mit optischen Teleskopen verfolgt werden. 2609 Gammablitze, aufgenommen mit dem CGRO (Compton Gamma Ray Observatory). Man erkennt deutlich, wie gleichmäßig die Blitze verteilt sind. Dargestellt ist eine Projektion in galaktischen Koordinaten, die Milchstraßenebene ist die horizontale Linie in der Mitte. Aus der unteren Farbskala gehen die Intensitäten der einzelnen Bursts hervor. Die Strahlungsintensität mancher Impulse ist höher als alle von anderen bekannten Objekten ausgestrahlten Energien. Sie übertreffen manchmal sogar die Quasare um den Faktor 10 000! Die freigesetzten Energien liegen im Bereich von 1043 bis 1045 Joule. Gammastrahlungsausbrüche sind daher die energetisch größten Vorgänge im Kosmos seit dem Urknall. Wodurch aber können sie entstehen? Zunächst vermutete man, dass diese Erscheinungen darauf zurückzuführen seien, dass Neutronensterne einen ihrer (möglicherweise vorhandenen) Planeten eingefangen haben. Beim Aufprall eines solch großen Körpers auf die Sternoberfläche würden rund 10 % der Planetenmasse in Energie umgewandelt. Eine andere Erklärung waren magnetische Strahlungsausbrüche, welche auf der Oberfläche alter Pulsare stattfinden könnten. Diese Hypothesen hat man aber inzwischen beiseite gelegt. Die Ursachen der Gamma- Bursts sind inzwischen deutlich klarer geworden. Für die Entstehung langer GRB's kommen eigentlich nur Supernovae oder Hypernovae in Betracht, den Explosionen massereicher oder sehr massereicher Sterne. Bei solchen Prozessen werden große Energien auch im Gammabereich freigesetzt. Nur bei den langen GRB's kann man ein Nachleuchten ("Nachglühen" genannt) auch im optischen Bereich mit dem Teleskop beobachten. GRB030229 um 12:57 UhrEin außergewöhnlich heller Gammablitz, GRB 030329, wurde am 29. März 2003 im Sternbild des Löwen beobachtet. Dank des HETE- Experiments wurden die Koordinaten sofort zur Erde geleitet, weshalb diese Aufnahme 80 Minuten nach Erfassung des Bursts gelang. Der Gammablitz war eine halbe Minute lang heller als die Gammastrahlung des gesamten Universums! Es ist möglich, dass wir hier Zeuge der Geburt eines Schwarzen Loches waren, weil vermutlich die Explosion eines extrem massereichen Sterns, einer Hypernova, die Ursache des Blitzes war. GRB030229 um 18:32 UhrNach knapp sieben Stunden ist die Quelle des Gammaausbruchs kaum noch zu erkennen. Das Besondere an diesem Burst war, dass er in einer Distanz von "nur" 2 Milliarden Lichtjahren stattfand. Das war der bisher zweitnächste Gammaausbruch, der je beobachtet wurde. Meistens kommen sie aus Entfernungen von 10 Milliarden Lichtjahren. Das Nachglühen war zu Beginn so hell, dass man es vielleicht sogar mit bloßem Auge hätte sehen können. Kurzzeitige GRB's müssen andere Ursachen als Hypernovae haben. Als sehr wahrscheinlich gilt hier die Verschmelzung zweier Neutronensterne oder diejenige eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch, da nur bei einem solchen Vorgang so hohe Energieraten abgestrahlt werden könnten. Neutronensterne rotieren allgemein sehr schnell (siehe hierzu Pulsare) und weisen extreme Magnetfelder auf. Wenn solche Giganten kollidieren, verstärken sich die Magnetfelder noch weiter und die auftretenden, extremen Kräfte können schlagartig, im Sekundenbruchteil, soviel Energie freisetzen, wie ein Pulsar sonst nur in Millionen von Jahren emittiert. Das ergaben Computersimulationen des britischen Astronomen Stephan Rosswog von der University of Leicester. Zudem wird bei solchen Zusammenstößen vermutlich auch eine bestimmte Menge an Material ausgestoßen, wie ein weiteres Modell erklärt, sicherlich aber weniger Materie als bei einer Supernova. Die Energieemission ist aber deutlich höher und so wird die Geschwindigkeit des abgestoßenen Materials in relativistischen Bereichen liegen. Das beschleunigte Material wird dann aber wieder im interstellaren Medium abgebremst und verwandelt einen großen Teil der (kinetischen) Energie in Strahlung. Das geschieht, weil in der Bugstoßfront die kinetische Energie auf Elektronen übertragen wird, die nun wiederum auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und dabei Synchrotronstrahlung im Gammabereich emittieren. Bei der Kollision ultrakompakter Objekte könnten auch entstehende relativistische Jets eine Schockfront im interstellaren Medium hervorrufen, aus der die Gammastrahlung hervorgeht. In Bereichen hinter dieser Front könnten energieärmere Emissionen durch den Aufprall entstehen, diese sehen wir dann als Nachglühen in den anderen Wellenlängenbereichen. Durch die Dopplerverschiebung wird die Energie dieser Gammastrahlung in unsere Richtung noch verstärkt, und bedingt durch relativistische Effekte wird der Strahlungsausbruch dann in gebündelter Form bei uns zu empfangen sein (siehe hierzu auch Schneller als das Licht?). Weil die Intensität und Dauer der Bursts von den Umständen bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne oder eines solchen mit einem Schwarzen Loch (ihre Massen, Aufprallgeschwindigkeiten, Materie in ihrer Umgebung usw.) abhängen und daher sehr verschieden ausfallen können, erklärt man sich damit die Unterschiede der bisher beobachteten kurzen Bursts. Wie bereits erwähnt führt man das Auftreten eines Gamma- Blitzes auch auf Hypernovaexplosionen, also dem Zusammenbruch supermassiver Sterne, zurück. In diesem Bild hat das Weltraum- Teleskop Hubble die Quelle eines Gamma- Ausbruchs entdeckt. Möglicherweise ist hier ein supermassiver Stern explodiert und hat vielleicht ein Schwarzes Loch hinterlassen. Der uns nächstgelegene Stern, dem ein solches Schicksal beschieden sein könnte, ist der 100- Sonnenmassen schwere Stern Eta Carinae, der nur rund 8000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Eine weitere, ältere Hypothese führt die Bursts auf das Verdampfen primordialer Schwarzer Mini- Löcher zurück. Nach der Urknallhypothese könnten sich im Anfangsstadium des Alls winzige Mini- Löcher gebildet haben. Solch ein Gebilde von Protonengröße, wenn es die Masse eines kleinen Berges (1015 [g]) übersteigen würde, könnte bis heute existieren (kleinere Löcher wären inzwischen verdampft). In dem Moment, wo es verdampft, würde es einen gewaltigen Ausbruch von Teilchen und Energie für den Bruchteil einer Sekunde geben. Ein solches Ereignis wäre durch einen Gamma- Burst gekennzeichnet und würde die Existenz der Mini- Löcher anzeigen. Allerdings konnte bis heute die Existenz primordialer Schwarzer Löcher nicht geklärt werden. Gammastrahlen werden auch in unserer Milchstraße erzeugt, und zwar durch unterschiedliche Quellen. Stellare Quellen sind beispielsweise einige Pulsare, wie der bekannte Pulsar im Krebsnebel oder der Vela- Pulsar. Ihre Gammastrahlung ist gepulste Synchrotronstrahlung. Ein rotierender Neutronenstern ist ein PulsarEin Neutronenstern hat ein milliardenfach stärkeres Magnetfeld wie die Erde (oberes Bild). Durch seine irrsinnig schnelle Rotation werden Teilchen von seiner Oberfläche mitgerissen und entlang der Magnetfeldlinien bis in relativistische Bereiche beschleunigt. Diese geben dann einen Teil ihrer kinetischen Energie in Form von Synchrotronstrahlung wieder ab. Die Synchrotronstrahlung kann dabei im Röntgenbereich liegen, aber auch als Gammastrahlung emittiert werden. Liegt die Rotationsachse des Magnetfeldes in Richtung Erde, empfangen wir einen Gamma- Puls Nicht unerwähnt bleiben sollen hier auch einige der wenigen eindeutig identifizierten Gamma- Quellen. Zu ihnen gehören einige Röntgen- Doppelsterne wie Cygnus X-1 und Hercules X-1. Auch in der Nähe unseres galaktischen Zentrums liegt eine Gammaquelle. Selbst unsere Sonne strahlt einen geringen Gamma- Anteil ab. Extragalaktische Quellen sind die Seyfert- Galaxie NGC 4151, die elliptische Riesengalaxie Markarian 421 und der Quasar 3C279. Eine elegante Lösung zur Erzeugung von Gammastrahlung sind natürlich die Schwarzen Löcher. Spiralt Materie in einer Akkretionsscheibe um ein Loch, kann sie durch die extrem hohe Reibung und Beschleunigung so viel an kinetischer Energie aufnehmen, dass letzthin unter anderem auch Gammastrahlung emittiert wird. Das jedoch wohl eher nicht als Gammablitz, sondern vielmehr in Form kontinuierlicher Strahlung. Mysteriöse Gammaquellen in unserer GalaxisDiese Bilder geben eine Vorstellung von der Ansicht unserer Milchstraße. Links oben ist eine Computer- Animation zu sehen, welche die Milchstraße in der Draufsicht zeigt, rechts daneben sieht man sie von der Seite. Links unten sind insgesamt 271 Gammastrahlen- Quellen dargestellt, aufgenommen durch den Compton- Satelliten. Sie emittieren kontinuierlich Strahlung. Man muss sich dabei vorstellen, dass die Darstellung uns kugelförmig umgibt. Die Anhäufung der Strahlungsquellen in der Bildmitte gibt die galaktische Ebene wieder. Rechts unten sieht man ausschließlich 120 nicht identifizierte Quellen aus gleicher Untersuchung. Die Hälfte von ihnen, fast alle in der galaktischen Ebene konzentriert, mögen bekannte Objekte sein, die aber noch nicht klassifiziert werden konnten. Die andere Hälfte ist einer neuen Klasse von Strahlern zuzuordnen, die im so genannten Gould Belt liegen. Das ist vermutlich ein Ring aus jungen, sehr massiven Sternen mit einem Durchmesser von etwa 2000 Lichtjahren (die Sonne liegt ungefähr auf halbem Weg zum Rand des Rings). Der Belt ist der Überrest irgendeines gewaltigen Ereignisses vor etwa 40 Millionen Jahren. Wenn seine Ausläufer auf Interstellare Materie treffen, wird eine hohe Bildungsrate von massiven Sternen ausgelöst. Diese haben nur eine kurze Lebensdauer und enden in Neutronensternen oder Schwarzen Löchern. Beide sind aber potentielle Quellen für Gammastrahlung. Auf der Suche nach Ursachen für die langen Bursts ist man inzwischen ein gutes Stück vorangekommen. In den Spektren der beobachteten GRB's fand man häufig ausgeprägte Eisenlinien, was in der Tat auf die Explosion massereicher Sterne schließen lässt. Der Röntgensatellit XXM- Newton fand zudem Hinweise auf Schwefel, Silizium und andere schwere Elemente. Nicht zuletzt finden diese hochenergetischen Explosionen in Bereichen statt, in denen man sie auch erwartet: In Gebieten erhöhter Sternentstehung. Massereiche Sterne entwickeln sich ja sehr schnell und können sich daher bis zu ihrer Explosion kaum vom Entstehungsort entfernen. Für die hohen Energieausstrahlungen hat man nun auch eine Erklärung parat. Massereiche Sterne sind in jedem Fall von Materiescheiben umgeben, die sie z.T. selbst durch ihren Wind erzeugen. Bei der Explosion des Sterns wird die Energie in einer Art Schale aus Teilchen zunächst "zwischengespeichert". Diese Schale expandiert mit fast Lichtgeschwindigkeit und holt die langsame Materie ein, wodurch sich beim Zusammenprall eine Stoßfront ausbildet. In dieser Kollisionszone wird nun die Energie als Gammastrahlung freigesetzt. Die Ausbreitung geschieht möglicherweise in Form von Jets, wodurch wir die Gesamtenergie um den Faktor 500 zu hoch ansetzen (ein Jet von 10° Ausdehnung würde nur etwa 1/500 des Himmels abdecken, durch die Strahlbündelung sehen wir dann auch nur jeden fünfhundertsten GRB). Auch gibt es einen simplen Grund für die kurze Zeitdauer der GRB's: Die Explosionswelle expandiert mit fast Lichtgeschwindigkeit. Dadurch kommen relativistische Effekte zum Zug, was bedeutet, dass die Zeit für außenstehende Beobachter extrem verkürzt wird! Einen Burst, der sich vielleicht über viele Stunden entwickelt, sehen wir deshalb nur wenige Sekunden. Zwar wissen wir längst nicht alles über Gammaausbrüche und die Explosion massereicher Sterne, vieles ist noch sehr rätselhaft. Durch ihre unermüdliche Arbeit haben die Wissenschaftler inzwischen aber einige Geheimnisse aufgedeckt, und weitere künftige, empfindlichere Observatorien außerhalb der Erdatmosphäre werden sie bei dieser Aufgabe unterstützen. [COLOR=red]Kosmische Strahlung:[/COLOR] Aus allen Richtungen des Kosmos wird auf uns geschossen! Zu jeder Zeit werden wir mit hochenergetischen Protonen, Neutrinos, ±- Teilchen (Heliumkerne) und schwereren Kernen sowie Elektronen bombardiert. Diese Teilchen stammen sehr wahrscheinlich aus unserer Galaxis. Entdeckt wurde die kosmische Strahlung bereits 1912 von dem österreichischen Physiker Prof. Viktor Hess. Die Radioaktivität war bereits bekannt und man glaubte, dass die gemessene ionisierende Strahlung aus der Erde selbst emittiert wurde. Hess stieg jedoch mit einem Ballon bis auf 5 [Km] Höhe und stellte dabei ein stetiges Ansteigen der Intensität mit der Höhe fest. Er schloss daraus, dass die Strahlung aus dem Weltraum kommen musste. Wenn die hochenergetischen Teilchen mit den Atomkernen der Erdatmosphäre zusammenprallen, werden bei diesen Kollisionen Schauer von vielen Sekundärteilchen erzeugt. Nachweisen konnte man diese schon 1927 mit einer Nebelkammer. Im Mittel treffen 700 Teilchen pro m2 und Sekunde bei uns ein. Überwiegend sind das Protonen (etwa 87%), rund 12% ±- Teilchen (Heliumkerne) sowie 1% schwerere Kerne, wobei fast alle bekannten chemischen Elemente nachgewiesen wurden. Die Teilchen weisen Energien zwischen 107 und 1020 [eV] (Elektronenvolt, Erläuterung siehe unten) auf. Dabei gilt, dass mit zunehmender Energie die Teilchenhäufigkeit abnimmt, die hochenergetischen Teilchen sind also eher selten. Letztere weist man mit großflächigen Detektoren in Langzeitmessungen indirekt durch Erfassung der Sekundärstrahlung auf der Erde nach. Bei Energien bis zu 1015 [eV] werden Instrumente wie Ionisationskammern, Zählrohre und Kernspurplatten mit Ballonen in die oberste Atmosphäre gebracht, oder sie sind in Satelliten (Space Shuttle, ISS) installiert. Die kosmische Strahlung kommt gleichmäßig verteilt aus allen Richtungen des Weltraums. Verschiedene Quellen kommen dafür in Betracht: * Supernovaexplosionen * Pulsare. Diese Neutronensterne sind mit ihren extremen Magnetfeldern in der Lage, geladene Teichen hoch zu beschleunigen. * Weiße Zwerge mit starken Magnetfeldern * Novae Wahrscheinlich sind aber Supernovae die hauptsächlichen Verursacher der Strahlung. Bei diesen Explosionen werden große Materiemengen ins All gestoßen, wobei die Materie Magnetfelder mit sich führt. Entlang der Magnetfeldlinien beschleunigen die Teilchen der kosmischen Strahlung bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit. Diesen Vorgang hat bereits 1949 Enrico Fermi beschrieben. Unterstützt wird seine Theorie von der Elementverteilung der kosmischen Strahlung, die identisch ist mit derjenigen des Sonnensystems. Das ist ja ebenfalls aus den Auswürfen von Supernovaexplosionen aufgebaut. Vor dem Auftreffen auf die Erde werden die Teilchen von interstellaren Magnetfeldern abgelenkt und auch durch das Magnetfeld der Erde (van Allen- Gürtel) beeinflusst. Auch der Sonnenwind mit seinen Magnetfeldern schirmt den inneren Bereich des Sonnensystems vor niederenergetischen Teilchen ab. Daher kann man nicht aus der Einfallsrichtung auf die Quelle schließen, vielmehr breitet sich die kosmische Strahlung gleichmäßig in unserer Galaxis aus. Das kann durch die Altersbestimmung von radioaktiven Nukliden belegt werden, wonach die Teilchen beim Auftreffen auf die Erde bis zu 10 Millionen Jahre unterwegs waren. Da sie sich mit fast Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, müssen sie größere Entfernungen als den Durchmesser der Milchstraße zurückgelegt haben. Daher wird die kosmische Strahlung vielfach gestreut oder abgelenkt sein und auf unregelmäßigen Bahnen die Galaxie durchqueren. Auch wenn der Raum zwischen den Sternen ein fast perfektes Vakuum darstellt, so ist er doch überall durchzogen von Teilchenstrahlungen und elektromagnetischen Wellen und verschiedenen Feldern. Es gibt wohl keinen Ort im ganzen Kosmos, von dem man sagen könnte, er wäre ein absolutes Vakuum! Elektronvolt (eV) Ein Elektronvolt bezeichnet die kinetische Energie, die ein Elektron gewinnt aus dem Durchlaufen einer Potentialdifferenz von 1 Volt (im Vakuum). 1 [eV] = 1,602 189 × 10-19 [J] (1 [J], Joule, = 1 [Nm], Newtonmeter, = [m2 Kg s-2]) Um mit größeren Einheiten leichter umgehen zu können, hat man das Kiloelektronvolt [KeV] = 103 [eV], das Megaelektronvolt [MeV] = 106 [eV], das Gigaelektronvolt [GeV] =109 [eV] sowie das Teraelektronvolt [TeV] = 1012 [eV] für höchstenergetische Teilchen eingeführt. [/QUOTE]
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