Wissenschaftler entdecken Gammastrahlenlinie mit der höchsten Energie im Universum

Eine vom Institut für Hochenergiephysik (IHEP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) geleitete Forschungsgruppe berichtet über die Entdeckung einer Gammastrahlenlinie von bis zu 37 Millionen Elektronenvolt, die von einem extrem hellen Gammastrahlenausbruch stammt. Dabei handelt es sich um die spektrale Linie mit der höchsten Energie, die von Himmelskörpern im Universum ausgestrahlt wird.

Darüber hinaus stellte die Gruppe fest, dass sich die Gammastrahlenlinie als Potenzfunktion der Zeit entwickelt, was wichtige Hinweise liefert, um das Geheimnis der Linie zu lüften. Die Studie wurde veröffentlicht In Wissenschaft China Physik, Mechanik & Astronomie.

Gammastrahlenausbrüche (GRBs) sind die energiereichsten Explosionsphänomene im Universum, die entweder durch den Kernkollaps eines massereichen Sterns oder durch die Kollision zweier kompakter Sterne, wie etwa Neutronensternen und Schwarzen Löchern, verursacht werden können.

Diese Entdeckung wurde beim sogenannten hellsten GRB aller Zeiten gemacht, genannt GRB 221009A, der zur erstgenannten Kategorie gehört, die Erde am 9. Oktober 2022 erreichte und von vielen Teleskopen auf der ganzen Welt beobachtet wurde.

Forscher vom IHEP, den Yunnan Observatories of CAS, der Hebei Normal University und der Guizhou Normal University haben ein Kooperationsteam gebildet und eine umfassende Analyse der Beobachtungsdaten von zwei Weltraum-Gammastrahlenmonitoren namens GECAM-C und Fermi/GBM durchgeführt.

GECAM-C lieferte eine genaue Messung des Niedrigenergiespektrums dieses GRB, während Fermi/GBM das Hochenergieband abdeckte, in dem die Gammastrahlenlinie erschien.

Insbesondere ist dieser Ausbruch so hell (zu viele Gammastrahlenphotonen in kurzer Zeit), dass es im Fermi/GBM-Detektor während des hellen Teils des Ausbruchs zu Datenverlusten kam, was eine zuverlässige Datenanalyse sehr schwierig macht.

Dank der speziellen Konstruktion des Instruments trat bei GECAM-C glücklicherweise kein derartiges Problem auf; daher konnten die GECAM-C-Daten zur Korrektur der Fermi/GBM-Daten verwendet werden.

Nach einer äußerst anspruchsvollen Analyse der Datenprobleme, Instrumenteneffekte und Hintergrundmodellierung gelang es den Forschern, zuverlässige Spektren dieses GRB abzuleiten und darüber hinaus eine Reihe von Gammastrahlenlinien während des gesamten Ausbruchs zu identifizieren, darunter die überraschende Gammastrahlenlinie mit einer Energie von bis zu 37 Millionen Elektronenvolt, die während des hellen Teils des Ausbruchs registriert wurde.

Interessanterweise stellten sie fest, dass die Linienenergie als Potenzfunktion der Zeit variiert, während das Verhältnis von Linienbreite zu Linienenergie nahezu konstant bleibt. Solche Eigenschaften lieferten einen soliden Beweis für die Realität und den GRB-Ursprung dieser Gammastrahlenlinien.

Die Entdeckungen dieser Studie werfen neues Licht auf die Physik von GRBs und ihren relativistischen Jets.