Möglicherweise haben wir den ersten magnetischen Flare außerhalb unserer Galaxie entdeckt

Gammastrahlen sind eine breite Klasse hochenergetischer Photonen, einschließlich aller Photonen mit größerer Energie als Röntgenstrahlen. Während sie häufig durch Prozesse wie den radioaktiven Zerfall entstehen, werden sie bei nur wenigen astronomischen Ereignissen in ausreichenden Mengen erzeugt, sodass sie nachgewiesen werden können, wenn die Strahlung aus einer anderen Galaxie stammt.

Allerdings ist die Liste länger als eins, was bedeutet, dass die Entdeckung der Gammastrahlen nicht bedeutet, dass wir das Ereignis kennen, das zu ihrem Auftreten geführt hat. Bei niedrigen Energien können sie in der Umgebung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen erzeugt werden. Supernovae können auch einen plötzlichen Ausbruch von Gammastrahlen erzeugen, ebenso wie die Verschmelzung kompakter Objekte wie Neutronensterne.

Dann gibt es Magnetare. Dabei handelt es sich um Neutronensterne, die zumindest zeitweise starke Magnetfelder von >10 aufweisen¹² Um ein Vielfaches stärker als das Magnetfeld der Sonne. Magnetare können Flares und sogar riesige Flares erleben, da sie große Mengen an Energie, einschließlich Gammastrahlen, aussenden. Diese Explosionen können schwer von Gammastrahlenausbrüchen zu unterscheiden sein, die aus der Verschmelzung kompakter Objekte resultieren. Daher ereigneten sich die einzigen bestätigten Riesenmagnetarexplosionen in unserer Galaxie oder ihren Satelliten. Bisher scheint es so.

was war das

Die betreffende Explosion wurde von der Europäischen Weltraumorganisation überwacht Integriertes Gammastrahlen-Observatoriumunter anderem im November 2023. GRB 231115A war kurz und dauerte bei einigen Wellenlängen nur etwa 50 Millisekunden. Während durch die Bildung von Schwarzen Löchern während Supernovae längere Gammastrahlenausbrüche erzeugt werden können, ähnelt dieser kurze Ausbruch denen, die bei der Verschmelzung von Neutronensternen zu erwarten sind.

Richtungsdaten von Integral GRB 231115A platzierten es direkt über einer nahegelegenen Galaxie, M82, die auch als Zigarrengalaxie bekannt ist. M82 ist eine sogenannte Starburst-Galaxie, was bedeutet, dass sie in rasender Geschwindigkeit Sterne bildet und die Explosion wahrscheinlich durch Wechselwirkungen mit ihren Nachbarn verursacht wird. Insgesamt bildet die Galaxie Sterne mit einer Rate, die mehr als das Zehnfache der Sternentstehungsrate der Milchstraße beträgt. Das bedeutet viele Supernovae, aber auch viele junge Neutronensterne, von denen einige Magnetare bilden werden.

Dies schließt die Möglichkeit nicht aus, dass M82 vor einem Gammastrahlenausbruch eines entfernten Ereignisses vorhanden ist. Allerdings verwenden Forscher zwei unterschiedliche Methoden, um zu zeigen, dass dies höchst unwahrscheinlich ist, sodass ein Vorfall innerhalb der Galaxie die wahrscheinlichste Quelle der Gammastrahlen ist.

Es könnte sich immer noch um einen Gammastrahlenausbruch innerhalb von M82 handeln, außer dass die geschätzte Gesamtenergie der Explosion viel geringer ist, als wir aufgrund dieser Ereignisse erwarten würden. Supernovae sollten auch bei anderen Wellenlängen nachgewiesen werden, es gab jedoch keine Anzeichen dafür (normalerweise erzeugen sie ohnehin längere Explosionen). Eine alternative Quelle, die Verschmelzung zweier kompakter Objekte wie Neutronensterne, hätte mit Gravitationswellenobservatorien nachgewiesen werden können, aber zu diesem Zeitpunkt gab es kein klares Signal. Diese Ereignisse hinterlassen oft Röntgenquellen, aber in M82 sind keine neuen sichtbar.

Es sieht also wie ein riesiger magnetischer Flare aus, und mögliche Erklärungen für einen kurzen Gammastrahlungsausbruch stimmen für GRB 231115A nicht wirklich.

Auf der Suche nach mehr

Der genaue Mechanismus, durch den Magnetare Gammastrahlen erzeugen, ist noch nicht vollständig geklärt. Es wird angenommen, dass dieser Prozess eine Neuordnung der Kruste des Neutronensterns beinhaltet, die durch die starken Kräfte verursacht wird, die durch das erstaunlich starke Magnetfeld erzeugt werden. Es wird angenommen, dass riesige Fackeln eine Magnetfeldstärke von mindestens 10 erfordern¹⁵ Gauß. Das Erdmagnetfeld beträgt weniger als ein Gauß.

Unter der Annahme, dass das Ereignis Strahlung in alle Richtungen sendete, anstatt sie auf die Erde zu richten, schätzen die Forscher, dass die insgesamt freigesetzte Energie 10 betrug⁴⁵ Erg, was etwa 10 entspricht²² Megatonnen TNT. Obwohl es also weniger aktiv ist als eine Neutronensternverschmelzung, ist es dennoch ein beeindruckend aktives Ereignis.

Um sie besser zu verstehen, benötigen wir jedoch wahrscheinlich mehr als die drei Zustände in unserer unmittelbaren Umgebung, die eindeutig mit Magnetaren in Verbindung stehen. Für die Astronomen wäre es also ein großer Gewinn, wenn sie konsistent bestimmen könnten, wann diese Ereignisse in entfernten Galaxien auftreten. Die Ergebnisse könnten uns dabei helfen, ein Modell zu entwickeln, mit dem wir unterscheiden können, wann wir einen riesigen Flare betrachten, anstatt alternative Gammastrahlenquellen zu betrachten.

Die Forscher stellen außerdem fest, dass dies der zweite Kandidat für einen Riesenausbruch im Zusammenhang mit M82 ist und wie oben erwähnt erwartet wird, dass Sterngalaxien relativ reich an Magnetaren sind. Die Fokussierung der Suche auf sie und ähnliche Galaxien könnte genau das sein, was wir brauchen, um das Tempo unserer Beobachtungen zu beschleunigen.

Natur, 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07285-4 (Über digitale IDs).