Wo die kosmische Strahlung ihren Ursprung hat
Schon seit Jahrzehnten zerbrechen sich Astrophysiker den Kopf über den Ursprung der kosmischen Strahlung. Nun können jedoch die EU-finanzierten Wissenschaftler der Studie "Gamma ray astronomy and the origin of galactic cosmic rays" (GAMMA) neues Beweismaterial vorlegen, wobei Daten eines High Energy Stereoscopic System (HESS), einer Anlage zur Erforschung kosmischer Gammastrahlung, zum Einsatz kommen. Kollisionen zwischen Protonen erzeugen subatomare Teilchen, die neutralen Pionen, die schnell zu Gammastrahlungsphotonen zerfallen. Anders als kosmische Strahlen werden Gammastrahlen nicht von Magnetfeldern beeinflusst und können deshalb zu ihren Quellen zurückverfolgt werden. Die GAMMA-Forscher nahmen diese Gammastrahlung unter die Lupe, um den Beweis des Ursprungs der kosmischen Strahlung anzutreten. Man schätzte die Gammastrahlung einzelner Supernovaüberreste unter der Voraussetzung, dass diese Objekte tatsächlich die Quelle der kosmischen Strahlung sind. Die Resultate wurden mit Beobachtungen der HESS-Cherenkov-Teleskope verglichen. Dieses Experiment in Namibia ermöglicht den Wissenschaftlern die Erkundung von Gammastrahlungsquellen mit Intensitäten von wenigen Tausendstel des Kraftflusses aus dem Krebsnebel - der hellste Gammastrahlungsquelle am Himmel. Die Übereinstimmung zwischen HESS-Daten und theoretischen Vorhersagen diente den GAMMA-Forschern als Ausgangspunkt zur Untersuchung der kosmischen Strahlung, nachdem diese ihre Quelle verlassen hat. Die Wissenschaftler mutmaßten, dass die kosmische Strahlung allmählich und über lange Zeiträume hinweg durch die von Supernovae ausgestoßenen Gasgeschosse beschleunigt wird. Sie schätzten die Gammastrahlungsemissionen auf Basis der Annahme ab, dass die Quelle der kosmischen Strahlung von massiven Molekülwolken umgeben ist. Die Ergebnisse wurden mit den Beobachtungen des Supernovaüberrests W28 verglichen, in dessen Nähe eine Molekülwolke gefunden wurde. Die Diffusionseigenschaften der kosmischen Strahlung wurden durch den Vergleich zwischen Gammastrahlungsdaten und theoretischen Prognosen bestimmt. Im Einzelnen definierte man erstmalig den Diffusionskoeffizienten, was allein mit theoretischen Berechnungen nicht möglich war. Das GAMMA-Projekt lieferte letztlich den schlüssigen Beweis, dass Supernovae kosmische Strahlung erzeugen können. Unklar bleibt jedoch, ob ein Großteil der kosmischen Strahlung durch Sternexplosionen verursacht wird. Es ist bislang ebenso nicht geklärt, bis zu welchen Energien die Supernovaüberreste die Teilchen beschleunigen können. Diese Fragen sollen mit Hilfe des Cherenkov-Telescope-Array beantwortet werden, das derzeit im Bau ist.
Schlüsselbegriffe
Supernova, Protonen, Atomkerne, kosmische Strahlung, HESS, Gammastrahlen, Cherenkov-Teleskop, Krebsnebel, Telescope-Array
