Sternwinde produzieren hochenergetische kosmische Strahlung

Beobachtungen junger Sternhaufen deuten auf Herkunft von Protonen mit extrem hohen Energien

Nicht Sternexplosionen, Neutronensterne und Schwarze Löcher, sondern die Winde junger, massereicher Sterne produzieren die hochenergetische kosmische Strahlung. Zu diesem Schluss gelangen Forscher aus Irland, Deutschland und Spanien durch die Analyse von Gammabeobachtungen junger Sternhaufen. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Astronomy“ berichten, stimmt die Verteilung der Gammastrahlung aus den von ihnen untersuchten Sternhaufen Cygnus OB2 und Westerlund 1, sowie aus dem galaktischen Zentrum mit der Beschleunigung von Protonen bis auf Energien im Petaelektronenvolt-Bereich – also Billiarden Elektronenvolt – durch Stoßwellen im interstellaren Gas überein.

Als kosmische Strahlung bezeichnen Astrophysiker den permanenten Strom energiereicher Teilchen – vor allem Protonen –, die aus dem Weltall auf die Atmosphäre der Erde treffen. Während die Teilchen mit geringen Energien überwiegend von unserer Sonne stammen, herrscht über den Ursprung der hochenergetischen Teilchen mit Energien bis hin zu Pentaelektronenvolt bislang keine Klarheit.

„Es gibt zwar einen Konsens darüber, dass diese Teilchenstrahlung aus der Milchstraße stammt“, schreiben Felix Aharonian vom Dublin Institute for Advanced Studies in Irland, Ruizhi Yang vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg und Emma de Oña Wilhelmi vom Institut d'Estudis Espacials de Catalunya in Barcelona, Spanien. Doch welche Prozesse die energiereichen Partikel erzeugen, sei umstritten. „Das derzeitige Paradigma sieht Supernovae und ihre Überreste als Hauptverursacher.“ Theoretische Analysen haben jedoch in den zurückliegenden Jahren gezeigt, dass diese Objekte keine Protonen mit Energie von mehr als zehn Teraelektronenvolt – also hundertmal weniger als erforderlich – in ausreichenden Mengen liefern können.

Das Problem der Forscher: Da Protonen elektrisch positiv geladen sind, werden sie im Magnetfeld der Milchstraße abgelenkt. Die Richtung, aus der sie auf die Erdatmosphäre treffen, gibt also keine verlässliche Auskunft auf ihren Herkunftsort. Die drei Astrophysiker machten sich deshalb die Wechselwirkung der energiereichen Protonen mit dem interstellaren Gas zunutze: Dabei nämlich entsteht charakteristische Gammastrahlung. Bei der Analyse von Beobachtungen der Gammastrahlung aus dem galaktischen Zentrum, sowie von zwei jungen Sternhaufen mit Spezialinstrumenten wie dem Satelliten-Observatorium Fermi und der Teleskopanlage H.E.S.S. in Namibia, stießen das Team auf eine Verteilung dieser Gammastrahlung, die mit einer Erzeugung der Protonen durch das von massereichen Sterne abströmende Gas übereinstimmt. Diese Sternwinde erzeugen, wenn sie auf das interstellare Gas treffen, Stoßwellen, die ihrerseits Protonen auf hohe Energie beschleunigen können. „Junge, massereiche Sternen können demnach als Protonen-Beschleuniger agieren“, so die Wissenschaftler, „und die dominierende Quelle der kosmischen Strahlung mit der höchsten Energie sein.“

Bildquelle: NASA

Autor: Rainer KayserE-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!