Die Gesetze des Universums erschließen sich Physikern zum großen Teil durch Beobachtung. Teleskope erlauben ihnen, die Strahlung aus dem All einzufangen, und das von der niedrigenergetischen kosmischen Hintergrundstrahlung über die des optischen Lichtes von Sternen und Galaxien bis hin zu jener hochenergetischen Gammastrahlung, die uns von Neutronensternen und Schwarzen Löchern aus der Tiefe des Weltalls erreichen. Durch die Analyse der Strahlung aus verschiedenen Tiefen des Weltalls können die Forscher dann auf die zu Grunde liegende Dynamik von Raum und Materie sowie auf die kosmische Evolution schließen.

© R. Wagner, Max-Planck-Institut für Physik
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Mit dem MAGIC-Teleskop (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) auf La Palma haben Forscher um Rudolf Bock vom Max-Planck-Institut für Physik und seine Kollegen nun Gammastrahlen eingefangen, die fünf Milliarden Jahre lang zu uns auf dem Weg waren und damit beinahe das halbe All durchquert haben. Sie stammen aus dem Schwarzen Loch in der Galaxie 3C279, das etwa eine Milliarde Sonnenmassen aufweist und auch jetzt noch weiter zulegt. Dieser so genannte aktive galaktische Kern schluckt alles, was ihm zu nahe kommt – Gas und Sterne aus seiner Umgebung – und lässt die Materie in einer Scheibe um sich rotieren. In diesem kosmischen Strudel stoßen die Teilchen miteinander zusammen und setzen Energie frei: Die Scheibe strahlt im gesamten Energiespektrum, von Radiowellen über optisches Licht bis zu der energiereichen Gammastrahlung.

Während Strahlung im infraroten oder sichtbaren Bereich das Universum aber weit gehend ungestört durchläuft und unsere Teleskope erreicht, macht Gammastrahlung eine Ausnahme: Sie reagiert mit der Hintergrundstrahlung, die das gesamte Universum durchzieht. Trifft ein hochenergetisches Gamma-Photon während seiner Reise auf eines der Photonen des Hintergrundlichtes, bildet sich ein Elektron-Positron-Paar. Zerfallen diese Paare wieder, entsteht ein Lichtteilchen, das dem ursprünglichen Gammaquant aber nicht mehr ähnelt – es wird möglicherweise in eine andere Richtung abgestrahlt oder sogar in einem anderen Frequenzbereich.

© Magic-Kollaboration
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Das Besondere an der nun mit MAGIC eingefangenen Strahlung von 3C279 ist die Entfernung: "Bis vor Kurzem hat man gedacht, dass Gammastrahlen von so weit weg gar nicht auf der Erde ankommen dürften", erklärt Robert Wagner vom Max-Planck-Institut für Physik in München. "Die Wahrscheinlichkeit, dass die Gammaquanten irgendwann am Hintergrundlicht gestreut würden, galt bislang als viel zu hoch."

Da die beobachtete Galaxie 3C279 mehr als doppelt so weit von uns entfernt ist wie alle vorher beobachtbaren Galaxien, können die Physiker nun einen Blick in eine noch weiter zurückliegende Vergangenheit werfen. So können sie feststellen, dass die Dichte der Hintergrundstrahlung in kosmosch früher Zeit, bald nach der Entstehung der ersten Sterne, viel geringer gewesen sein muss als bislang angenommen.

"Nur so lässt sich verstehen, dass Gammastrahlung aus dem Schwarzen Loch von 3C279 es bis zu uns geschafft haben, ohne abgelenkt zu werden", so Robert Wagner. Die geringe Dichte habe die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung gesenkt und das Gamma-Photon so bis zu uns durchdringen lassen. Um das möglich zu machen, müssten die derzeitigen Modelle der Sternentstehung oder der Entwicklung des Universums überarbeitet werden.

Es steckt aber noch mehr in der Beobachtung von Gammastrahlung. Das hochenergetische Licht wird von den gewaltigsten und exotischsten Quellen im Weltall erzeugt: von Supernovae, aktiven galaktischen Kernen oder den kurzlebigen Gammablitzen. Diese Strahlung erlaubt es den Wissenschaftlern, solche extremen physikalischen Phänomene näher zu erforschen – die weit mehr Energie freisetzen, als sich auf der Erde erzeugen lässt. Da Gammastrahlen nicht geladen sind, werden sie auch nicht von Magnetfeldern abgelenkt und weisen direkt auf ihren Ursprung. Damit verfügen die Astronomen über ein Fenster, durch das sie ferne Objekte direkt beobachten können.

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