Langjährige Beobachtungen deuten auf den Ursprung hochenergetischer kosmischer Strahlung
Woher stammt die hochenergetische kosmische Strahlung? Auf diese Fragen haben jetzt Forscher aus den USA eine Antwort gefunden und damit eine lange gehegte Vermutung von Astronomen bestätigt. Sie stammen offenbar von natürlichen Teilchenbeschleunigern in der Umgebung von Überresten explodierter Sterne, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Physical Review Letters“.
Unsere Erde ist einem ständigen Bombardement von Teilchen – hauptsächlich Protonen, aber auch schwerere Atomkerne – ausgesetzt. Die meisten dieser Teilchen haben eine Energie im Bereich von wenigen Giga-Elektronenvolt oder weniger, viele davon stammen von Eruptionen auf der Oberfläche der Sonne. Doch es gibt auch Teilchen mit weit höheren Energien – im Bereich um ein Peta-Elektronenvolt. Die Vorsilbe „Giga“ steht bereits für eine Milliarde, „Peta“ bedeutet noch einmal das Millionenfache davon, also eine Eins mit 15 Nullen.
Seit langem vermuten Astronomen, dass es natürliche Teilchenbeschleuniger – Pevatrons genannt – geben müsse, in denen elektrische geladene Teilchen auf derart hohe Energien katapultiert werden können. Doch bislang war es nicht gelungen, solche kosmischen Teilchenbeschleuniger aufzuspüren. Das Problem: Geladenen Teilchen wie die Protonen der kosmischen Strahlungen bewegen sich nicht geradlinig durch Weltall, sondern ihre Bahnen verlaufen unter dem Einfluss kosmischer Magnetfelder gekrümmt. Dadurch lässt sich der Herkunftsort der Teilchen nicht einfach durch Beobachtungen der Richtung, aus der sie kommen, ermitteln.
Astronomen müssen daher auf indirekte Weise nach Pevatrons suchen: Sie fahnden nach hochenergetischer Gammastrahlung, die bei der Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit interstellarem Gas entsteht. Allerdings ist dieser Zusammenhang zum Leidwesen der Forscher nicht eindeutig: Auch Streuprozesse der kosmischen Hintergrundstrahlung – dem Strahlungsecho des Urknalls – an Elektronen im Weltall können derartige Gammastrahlung produzieren.
Ke Fang von der University of Wisconsin und ihre Kollegen haben nun Daten analysiert, die das Weltraumobservatorium Fermi und andere Teleskope zwölf Jahre lang von dem 2600 Lichtjahre entfernten Supernova-Überrest G106.3+2.7 gesammelt hat. Fermi ist auf Gammastrahlung spezialisiert, die anderen Observatorien lieferten zusätzlich Daten im Röntgen- und Radiobereich.
Wie die Untersuchung der Forscher zeigt, passt die Energieverteilung der Strahlung der Quelle über diesen weiten Bereich von Radiowellen bis zur Gammastrahlung sehr gut zu einem Pevatron – aber nicht zum alternativen Szenario der Streuung von Hintergrundstrahlung. G106.3+2.7 könnte nach Ansicht von Fang und ihren Kollegen daher einer der wichtigsten Quellen hochenergetischer kosmischer Teilchen sein. Die Forscher hoffen jetzt, mit ihrer Methode noch weitere kosmische Teilchenbeschleuniger aufzuspüren.
Bildquelle: NASA