Woher kommen die Todesstrahlen?

Explodierender Stern schickt Strahlung zur Erde

Der folgende Beitrag ist vor 2021 erschienen. Unsere Redaktion hat seither ein neues Leitbild und redaktionelle Standards. Weitere Informationen finden Sie hier.

In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature präsentiert ein internationales Forscherteam den Nachweis, dass die ständig auf die Erde einprasselnde kosmische Strahlung tatsächlich von Supernovae stammt.

Durch eine umfassende internationale Zusammenarbeit konnte dieser Durchbruch in der Erforschung der kosmischen Strahlung erzielt werden. Zusammen mit dem Hauptautor Felix A. Aharonian vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg waren mehr als 90 Astrophysiker aus insgesamt zwanzig Universitäten und Forschungsinstituten aus verschiedenen europäischen Ländern sowie aus Namibia, Südafrika und Armenien beteiligt.

Gefährliche Strahlung aus dem All

Überall im Kosmos herrscht die kosmische Strahlung, das haben Beobachtungen aus unserer Galaxis, der Milchstraße ergeben. Sie ist ein Grundproblem für die Raumfahrt, denn durch ihren Einfluss haben Astronauten ein erhöhtes Krebsrisiko. Ständig tritt sie auch in die Erdatmosphäre ein, sie stellt ein gesundheitliches Risiko für das Personal von Luftlinien dar, die häufig Interkontinentalflüge absolvieren und sie erzeugt Störsignale in technischen Geräten.

Die kosmische Strahlung hat aber nicht nur negative Auswirkungen, sondern gilt auch als Motor der Evolution, weil durch sie in allen Erdzeitaltern genetische Veränderungen in Pflanzen und Tieren provoziert und so die Entwicklung des Lebens vorangetrieben wurden.

Gamma-Bild des Supernova-Überrests RX J1713.7-3946 im Sternbild Scorpio, erzeugt mit den H.E.S.S.-Teleskopen. Hierbei handelt es sich um die erste astronomische Aufnahme, die im Licht der Teraelektronenvolt-Gammastrahlung gemacht werden konnte. Die lineare Farbskala der Säule rechts ist in Einheiten der Zahl von gemessenen Gamma-Ereignissen. Die über das Gamma-Bild gelegten linear ansteigenden Konturlinien zeigen die Flächendichte der Röntgen-Helligkeit, wie sie der ASCA-Satellit im Energiebereich von 1 bis 3 Kiloelektronenvolt mit ähnlicher Winkelauflösung wie H.E.S.S. gesehen hat. Dies erlaubt einen direkten Vergleich der beiden Bilder. Das Objekt hat einen zweifach größeren Durchmesser als der Mond am Himmel. (Bild: Max-Planck-Institut für Kernphysik)

Das Magnetfeld der Erde funktioniert als Schutzschild gegen diesen konstanten Teilchenstrahl aus dem All, deshalb erreicht sie nur in sehr geringer Dosis die Oberfläche unseres Planeten (Solares Pflaster für kränkelndes Erdmagnetfeld).

Dieser ständige Strom aus hochenergetischen nuklearen Partikeln ist seit 1912 bekannt, der österreichischen Physiker Viktor F. Hess entdeckte ihn – 1936 gab es dafür den Nobelpreis. Die kosmische Strahlung besteht zu etwa 98 Prozent aus Atomkernen und zu 2 Prozent aus Elektronen. Die Kerne teilen sich auf in 87 Prozent Wasserstoffkerne, d.h. Protonen, 12 Prozent Heliumkerne, und etwa 1 Prozent schwere Kerne (Kosmische Strahlung).

Sternenexplosionen

Die geladenen Teilchen werden durch Magnetfelder im interstellaren Raum abgelenkt, deswegen ist es bei ihrem Auftreffen auf die Erde sehr schwierig zu ermitteln, woher sie genau kommen, wo ihre Quelle liegt. Schon lange wird vermutet, dass sie zum größten Teil durch Supernovae, die gigantischen Explosionen sterbender Sterne, ins Universum geschleudert werden. Aber durch ihre "krummen" Wege bis zu uns, was es bisher nicht möglich diese Herkunft genau nachzuweisen. Dem Wissenschaftler-Team um Felix Aharonian ist das nun gelungen, und zwar mithilfe des H.E.S.S.-Teleskop (High Energy Stereoscopic System) in Namibia, das nicht das Sternenlicht, sondern die hochenergetische Gammastrahlung aus dem All auffängt.

Da die Quelle der kosmischen Strahlung nicht direkt zu ermitteln ist, wird die elektrisch neutrale Strahlung (wie zum Beispiel Gamma-Teilchen) registriert, die zusammen mit der geladenen Strahlungskomponente erzeugt wird. Ihre Ankunftsrichtung weist wie ein Lichtsignal auf die Quelle zurück, so dass sie identifiziert werden kann. Verwendet werden dafür so genannte Tscherenkow-Teleskope, die gemeinsam gleichzeitig ein Objekt am Himmel beobachten (Gamma-Astronomie mit abbildenden Cherenkov-Teleskopen).

H.E.S.S. besteht aus einem koinzidenten System von vier großen Teleskopen und dadurch bekamen die Forscher ein räumlich hoch aufgelöstes Gamma-Bild einer Quelle kosmischer Strahlung. Sie erwies sich als der Supernova-Überrest mit dem Katalognamen RX J1713.7-3946 im Sternbild Skorpion, der bereits 1996 entdeckt worden war. Das neu gewonnene Gamma-Bild stimmt erstaunlich gut mit den inzwischen auch verfeinerten, älteren Röntgenbildern überein. Heinrich Völk, Direktor der Abteilung Astrophysik am Max-Planck-Institut für Kernphysik, kommentiert:

Das erste Bild eines Supernova-Überrests im Bereich von Teraelektronenvolt ist ein wichtiger Schritt, um die Frage nach dem Ursprung der galaktischen Kosmischen Strahlung zu beantworten. Gleichzeitig markiert diese Entdeckung den erfolgreichen Start einer neuen astronomischen Abbildungstechnik bei Photonenenergien, die um einige zwölf Größenordnungen höher sind als die des sichtbaren Lichts.

nach oben