Zur Ursache der Gammablitze

  • 08. April 2011

 

Simulation zeigt, wie Jets durch Selbstorganisation des Magnetfelds bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne entstehen.

Forscher des Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik sind mit Kollegen in einer internationalen Kooperation der Ursache von Gamma Ray Bursts (GBR) einen Schritt näher gekommen. Sie simulierten die Verschmelzung zweier Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch, wobei ein ein starkes Magnetfeld entlang der Rotationsachse entstand. Dieses Magnetfeld wiederum war Voraussetzung für die Erzeugung kurzer GBRs, denn aus dem chaotischen Zustand nach der Kollision bildete sich dadurch eine geordnete Struktur – ein Jet, in dem kurze Gammablitze auftreten können.

  Abb.: Zwei Neutronensterne verschmelzen innerhalb von Millisekunden zu einem Schwarzen Loch. Dabei bildet sich ein starkes Magnetfeld entlang der Rotationsachse und erzeugt einen Jet, der ultraheiße Materie ins All schleudert. In diesem Jet können Gammablitze entstehen. (Bild: L. Rezolla/AEI & M. Koppitz/AEI & Zuse-Institut Berlin)

Abb.: Zwei Neutronensterne verschmelzen innerhalb von Millisekunden zu einem Schwarzen Loch. Dabei bildet sich ein starkes Magnetfeld entlang der Rotationsachse und erzeugt einen Jet, der ultraheiße Materie ins All schleudert. In diesem Jet können Gammablitze entstehen. (Bild: L. Rezolla/AEI & M. Koppitz/AEI & Zuse-Institut Berlin)

Bekannt sind GBRs aus dem Weltall seit Ende der 1960er-Jahre, als ein amerikanischer Spionagesatellit auf der Suche nach oberirdischen Atombombenversuchen den ersten entdeckte. Die Ursache dieser gewaltigsten Explosionen im Universum, die binnen Sekundenbruchteilen mehr Energie freisetzen als unsere Galaxie mit ihren 200 Milliarden Sternen in zwölf Monaten, ist jedoch bisher weitgehend im Dunkeln geblieben. Verschmelzende Neutronensterne galten zwar als heiße Kandidaten, doch verstand man nicht, wie aus dem chaotischen Zustand nach der Verschmelzung dieser etwa 20 Kilometer großen, extrem dichtgepackten Kugeln ein entlang der Rotationsachse orientierter Gasstrom (Jet) entstehen soll. Der Jet ist aber Voraussetzung für das Auftreten der kurzen GBRs, die eine Dauer von bis zu drei Sekunde haben.

Um die Entstehung der Gammablitze zu verstehen, löste das Forscherteam die Einsteingleichungen und die Gleichungen der Magnetohydrodynamik für zwei zu einem Schwarzen Loch verschmelzende Neutronensterne und ließ die Simulation auch nach der Verschmelzung weiterlaufen. Für die Simulation, die zeigt, was in nur 35 Millisekunden passiert, hat der Supercomputer Damiana sechs Wochen lang gerechnet.

Dabei zeigte sich, dass das entstehende schnell rotierende Schwarze Loch zunächst von einem Ring aus heißer Materie mit einem relativ schwachen, chaotischen Magnetfeld umgeben ist. Dieses instabile System induziert durch die Drehbewegung ein extrem starkes, dazu senkrecht stehendes Magnetfeld von 1015 Gauss entlang der Rotationsachse. Zum Vergleich: Dieses Magnetfeld ist 1016-mal so stark wie das Magnetfeld der Erde. Damit lässt sich die Entstehung des Jets erklären, in dem dann die ultrahoch erhitzte Materie in zwei gebündelten Strahlen ins All schießen und dabei kurz im Gammastrahlenbereich aufleuchten kann.

MPI Gravitationsphysik / MH

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