Astrophysik Mögliche Quelle der hochenergetischen kosmischen Strahlung entdeckt
An diesem Rätsel arbeiten Wissenschaftler seit Jahrzehnten. Nun könnte der Durchbruch gelungen sein.
Ein internationales Forschungskonsortium hat Hinweise darauf gefunden, welche galaktischen Objekte die Quellen der besonders hochenergetischen kosmischen Strahlung sein könnten. In der internationalen Top-Zeitschrift „Science“ vom 13. Juli 2018 beschreiben sie Daten, die darauf hindeuten, dass die Strahlung von aktiven Galaxienkernen ausgesendet wird. Dabei handelt es sich um supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien.
An dem Konsortium und den Publikationen sind auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitätsallianz Ruhr beteiligt, die im Ruhr Astroparticle Plasma Physics Center (Rapp-Center) kooperieren. Zu der aufwendigen Analyse und Interpretation der Daten sowie zu Simulationsrechnungen trugen Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität (TU) Dortmund und der RUB bei.
Verräterische Lichtspur im Eis
Dort, wo die kosmische Strahlung gebildet wird, entstehen auch elektrisch neutrale Elementarteilchen, die Neutrinos. Die Forscher spüren sie mit einem speziellen Detektor auf, Ice Cube genannt, der am Südpol kilometertief ins Eis ragt. Die energiereichen Neutrinos aus dem Kosmos erzeugen bei ihren seltenen Wechselwirkungen mit anderen Teilchen manchmal geladene Teilchen, die dann wiederum eine verräterische Lichtspur im Eis hinterlassen.
Detektieren die Sensoren von Ice Cube eine solche Spur, können die Wissenschaftler die Herkunftsrichtung des Neutrinos ermitteln. Genau das geschah am 22. September 2017. Ice Cube registrierte ein Neutrino-Ereignis, und sehr schnell wurden weltweit verschiedene Teleskope auf die Spur des Neutrinos gesetzt.
Aktiver Galaxienkern als mögliche Quelle
An der Himmelsposition, aus der das Neutrino erfasst wurde, entdeckten die Forschungsteams einen aktiven Galaxienkern, der die Neutrino-Quelle sein könnte. „Die Identifikation eines aktiven Galaxienkerns als Neutrino-Quelle wäre nicht nur ein großer Schritt zum Verständnis der Prozesse in der unmittelbaren Umgebung massereicher Schwarzer Löcher, sondern auch eine heiße Spur zum Ursprung der geheimnisvollen hochenergetischen kosmischen Strahlung“, erklärt die Bochumer Astrophysikerin Prof. Dr. Julia Tjus. Sie entwickelt mit ihrem Team Modelle, die die Physik der Neutrino-Quellen so genau wie möglich beschreiben.
Teleskope auf La Palma bestätigen mögliche Quelle
In den Daten der „Magic“-Teleskope auf La Palma zeigen sich bereits Hinweise, dass der aktive Galaxienkern tatsächlich die Quelle des hochenergetischen Neutrinos gewesen sein könnte. In der Himmelsrichtung, aus der das Neutrino kam, fanden die Teleskope eine Gammastrahlen-Quelle; sie sondert Strahlung in einem Energiebereich ab, der zu dem detektierten Neutrino passt.
„Aktive Galaxienkerne beschleunigen Teilchen auf sehr hohe Energien“, erklärt Dr. Dominik Elsässer von der TU Dortmund, der gemeinsam mit Prof. Dr. Wolfgang Rohde Teil des Magic-Forschungsteams ist. „Bei Wechselwirkungen dieser energiereichen Teilchen entstehen sowohl Gammastrahlung als auch Neutrinos. Die Gammastrahlung, die wir mit den Teleskopen erfassen können, kann uns daher die konkrete Quelle des Neutrinos verraten.“
Weitere Messungen sollen bestätigen, dass das nachgewiesene Neutrino tatsächlich von dem aktiven Galaxienkern kam. Auch daran wird das Team vom Rapp-Center beteiligt sein.
