Katastrophe im All

Die tödliche Kraft eines explodierenden Riesensterns

Immer wieder schleudern sie gigantische Energiemengen ins All: Doch wo ereignen sich die so genannten Gammastrahlenexplosionen? Und was löst sie aus? Auf den Spuren sterbender Riesensterne und den geheimnisvollen Schwarzen Löchern.

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Als die Amerikaner in den 60er Jahren russische Atombombentests ausspähen wollten, entdeckten sie ein erstaunliches Phänomen: Irgendetwas verursachte im All eine riesige Gammastrahlenexplosion nach der anderen. Woher kamen diese energiereichen Strahlen? Und was hatte sie ausgelöst? Erst vor wenigen Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass wir mit jeder Gammastrahlenexplosion, die wir messen, Zeuge werden vom Tod eines massereichen Sterns und der Geburt eines Schwarzen Lochs. Und sie haben die Hoffnung, mit Hilfe dieser Strahlen zurückblicken zu können zu den Anfängen unseres Universums.

Atomwaffentests hinter dem Mond?

Alles beginnt in der Zeit des Kalten Krieges. Die Welt hat Angst vor einem Atomkrieg. Die Amerikaner sind davon überzeugt, dass die Russen heimlich Atomwaffen entwickeln und an einem ganz besonderen Ort testen – auf der Rückseite des Mondes.
 
Wenn eine Atombombe explodiert, setzt sie Gammastrahlen frei – die tödlichste Energieform, die es gibt. Die Amerikaner bauen deshalb einen Satelliten, der die Strahlung im All aufspüren kann. Unter größter Geheimhaltung wird der Späher gestartet. Am 2. Juli 1967 scheint sich der schlimmste Alptraum der Amerikaner zu bestätigen: Der Satellit registriert eine riesige Gammastrahlenexplosion.
 
Doch bei genauerem Hinsehen erkennen die Forscher, dass die Strahlen unmöglich von einer Atombombe stammen können: Der Auslöser muss viel, viel größer sein. Und die Signale hören nicht auf – irgendetwas verursacht im All eine riesige Gammastrahlenexplosion nach der anderen. Die Wissenschaftler stehen vor einem Rätsel: Was steckt hinter diesem Phänomen und wodurch wird es verursacht? Eine fieberhafte Suche nach der Lösung beginnt.

Einsteins Formel als Wegweiser

 Wichtigstes Hilfsmittel bei der Suche der Forscher: Einsteins berühmte Gleichung E=mc², Energie ist Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat. Nach dieser Formel ist die Energiemenge eines Sterns begrenzt. Kennt man seine Masse m – und die lässt sich ermitteln –, kann man mit Hilfe dieser Gleichung die maximale Explosionsstärke eines Sterns berechnen.
 
Die Forscher kommen zu dem Schluss: Die Explosionen müssen sich innerhalb unserer Galaxie ereignen. Wäre die Entfernung größer, würde das Einsteins Gleichung außer Kraft setzen, denn dann hätte die Explosionsenergie die maximale Grenze überschritten.
 
Als Ursache kommen für die Wissenschaftler nur Neutronensterne in Betracht: Winzige Himmelskörper mit einer immensen Masse. Alles, was diesen Sternen zu nahe kommt, wird unweigerlich auf ihnen aufschlagen und dabei ungeheure Mengen Energie freisetzen. Anschaulich beschreibt das der Astrophysiker Dr. Charles Meegan: „Ein Neutronenstern hat normalerweise nur einen Durchmesser von einigen Kilometern, aber die gleiche Masse wie die Sonne. Seine Dichte ist also enorm. Wenn man beispielsweise ein Marshmallow auf einen Neutronenstern fallen lassen würde, würde er die Energie einer Atombombe entwickeln, denn seine Anziehungskraft ist so stark.“

Gefahren aus dem Kosmos?

Für die Forscher steht fest: Gammastrahlenexplosionen entstehen, wenn große Objekte, wie zum Beispiel Asteroiden, mit einem Neutronenstern kollidieren. Doch das wirft eine neue Frage auf: Was passiert mit der Erde, wenn sich eine solche Explosion in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft ereignen würde? Die Auswirkungen wären fatal, vergleichbar mit einer Million Megatonnen-Atombomben, die alle gleichzeitig überall auf der Erde explodieren. Zu unserem großen Glück wird die Wahrscheinlichkeit einer solchen Katastrophe jedoch als sehr gering eingestuft.
 
Die Erde scheint sicher, die Lösung des Rätsels gefunden. Doch 1986 macht der Astronom Bohdan Paczynski eine Entdeckung, die alles in Frage stellt. Er kommt zu dem Ergebnis, dass die Explosionen nicht nur in unserer Galaxie stattfinden, sondern sich über den gesamten Himmel verteilen. Das heißt, sie kommen aus viel größerer Entfernung – vielleicht sogar vom Ende des Universums. Dadurch müssen sie auch um ein Vielfaches stärker sein, als bisher angenommen.

Ein Verrückter behält Recht

 Als Bohdan Paczynski das Resultat seiner Untersuchung veröffentlicht, erklärt ihn die Fachwelt für verrückt. Fünf Jahre später, im Jahr 1991, schießt die NASA einen Satelliten ins All, um mit modernsten Messinstrumenten die ersten ausführlichen Daten von Gammastrahlenexplosionen aufzuzeichnen. Das Ergebnis schlägt ein wie eine Bombe: Die Explosionen kommen nicht aus unserer Galaxie, sondern verteilen sich über das gesamte Universum – Paczynski ist rehabilitiert.
 
Doch sein Triumph droht die Forschung ins Chaos zu stürzen, denn das Ergebnis lässt anscheinend nur einen Schluss zu: Die Explosionen werden von etwas verursacht, das größer ist als alles, was wissenschaftlich erklärbar ist.

Energie vom Ende des Universums

Der nächste Schritt der Forscher: Sie versuchen, die genaue Entfernung der Explosionen zu bestimmen. Möglich ist das nur über die so genannte Rotverschiebung. Das Prinzip ist einfach: Eine Explosion erzeugt einen sichtbaren Lichtblitz. Dieses Licht können die Wissenschaftler in sein Farbspektrum zerlegen. Je weiter ein Objekt von der Erde entfernt ist, umso roter erscheint das Licht. Zwar erzeugen Gammastrahlenexplosionen kein sichtbares Licht, aber sie entwickeln eine solche Hitze, dass Gaswolken und Staubpartikel in ihrer Nähe zu Glühen beginnen. Gelingt es den Forschern, dieses Nachglühen aufzufangen, können sie die Rotverschiebung anwenden.
 
Fieberhaft wartet die Fachwelt auf die nächste starke Gammastrahlenexplosion – am 9. Mai 1997 ist es so weit: Rund um den Globus versuchen Forscher das Nachglühen aufzufangen. Und sie haben Erfolg. Das Ergebnis der Rotverschiebung sprengt alle Dimensionen: Das Licht ist so weit am roten Ende der Skala angesiedelt, dass die Explosion vom anderen Ende des Universums kommen muss. Genaue Entfernung von der Erde: 10 Milliarden Lichtjahre. Kein Stern ist groß genug, um eine solche Energiemenge zu produzieren. Die Wissenschaftler stehen vor einer physikalischen Unmöglichkeit.

Für einen Moment Einsteins Gesetze außer Kraft gesetzt

Für einen kurzen Moment scheint damit sogar Einsteins Gesetz und alles, was wir über das Universum wissen, nicht mehr gültig zu sein. Professor Martin Rees, Experte für Schwarze Löcher, findet schließlich eine Lösung des Problems: Wenn man annimmt, dass sich die Energie der Gammastrahlenexplosionen nicht in alle Richtungen verteilt, sondern sich in einem Strahl wie das Licht eines Suchscheinwerfers bündelt, wäre die Explosionsenergie viel geringer als zuvor angenommen.
 
Genau solche Energiestrahlen, auch Jets genannt, entstehen, wenn ein Stern stirbt und dabei zu einem Schwarzen Loch wird. Mit seiner Theorie rückt Rees nicht nur das Ausmaß der Explosionen wieder in erklärbare Dimensionen, er liefert auch den ersten Hinweis auf ihren Ursprung.

Strahlender Todeskampf

Am 22. Februar 2001 wird die zweitstärkste Gammastrahlenexplosion registriert, die jemals gemessen wurde. Nicht nur, dass das empfangene Signal viel stärker ist als erwartet, es bleibt auch die ganze Zeit über konstant. Im Universum gibt es nur eine Art von Ort, der so ein konstantes Radiosignal aussendet: Geburtsstätten von Sternen. Sie bestehen aus riesigen Gas- und Staubwolken, mit einem Durchmesser von mehreren hundert Lichtjahren. Der Druck in diesen Wolken ist an einigen Stellen so stark, dass sich dort heiße, dichte Klumpen bilden. Ist die Hitze groß genug, beginnt eine atomare Kettenreaktion, der Gasklumpen entzündet sich und wird zum Stern.
 
Doch das scheint keinen Sinn zu ergeben: Schließlich war gerade erst festgestellt worden, dass Gammastrahlenexplosionen durch den Tod von Sternen verursacht werden. Aber auch dieses Rätsel können die Wissenschaftler lösen: Extrem massereiche Sterne sind für das Phänomen verantwortlich. Sie verbrennen ihre Energie so schnell, dass sie bereits sterben, während sie sich noch in ihren Geburtsstätten befinden.

Hypernova als Erklärung für alle Rätsel

Nach all diesen Jahren, gibt es nun eine Theorie, die alles erklärt. Ihr Name: Hypernova. Alles beginnt in einer Sternengeburtsstätte mit der Entstehung eines massereichen Sterns. Er verbrennt seine Energie mit unglaublicher Geschwindigkeit. Ein normaler Stern lebt etwa 10 Milliarden Jahre, ein massereicher Stern stirbt bereits nach gerade mal einer Million Jahre. Schließlich stürzt er in sich zusammen und ein Schwarzes Loch entsteht, das die ganze Materie einsaugt, aus welcher der Stern bestand. Aus diesem Schwarzen Loch schießen dann die tödlichen Gammastrahlen-Jets hervor.
 
Wenn es Forschern gelingen sollte, eine Gammastrahlenexplosion zu messen, die vor 14 Milliarden Jahren stattfand, also zu Beginn unseres Universums, dann könnte man diesen Gammastrahl durch die Zeit zurückverfolgen – bis hin zur ersten Sternengeburtsstätte des Alls. Und vielleicht wäre es dann auch möglich, herauszufinden, wie die allerersten Sterne in unserem Universum entstanden sind.

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