In der Zentralregion unserer Milchstraße laufen Prozesse mit kaum vorstellbaren Energien ab. Und womöglich liegt hier sogar die Hauptquelle der kosmischen Strahlung auf der Erde: Ein Beschleuniger mit gewaltigen Energien im Petaelektronvolt-Bereich (PeV-Bereich) schleudert von dort Teilchen in Richtung Sonnensystem. Treibende Kraft hinter diesen Vorgängen ist vermutlich das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis.

Das schließt jetzt ein internationales Wissenschaftlerteam aus Beobachtungen mit Hilfe der H.E.S.S.-Teleskope in Namibia. Dieses Observatorium fängt Gammastrahlen auf, wie sie entstehen, wenn hochenergetische Teilchen mit interstellarem Gas oder Photonen wechselwirken. Dank einer deutlich größeren Menge an Beobachtungsdaten und Fortschritten in den Analysetechniken sei es nun erstmals gelungen, sowohl die räumliche Verteilung als auch die Energie der kosmischen Strahlung im galaktischen Zentrum zu vermessen, erklärt Aion Viana vom Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg in einer Mitteilung seines Instituts.

Ein kosmisches Pevatron im Zentrum der Milchstraße
© Mark A. Garlick / H.E.S.S. Collaboration
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Welches kosmische Objekt dort die geladenen Teilchen – überwiegend Protonen – auf so extrem hohe Energien beschleunigt, ist allerdings noch immer nicht eindeutig klar. Felix Aharonian, ebenfalls vom MPIK, erklärt, der Zentralbereich unserer Milchstraße beherberge viele Objekte, die in Frage kämen, unter anderem einen Supernova-Überrest, einen Pulsarwindnebel und einen kompakten Sternhaufen. "Dennoch ist das supermassereiche Schwarze Loch im galaktischen Zentrum, das Sagittarius A* genannt wird, die plausibelste Quelle der PeV-Protonen", so der Forscher.

Stammt die kosmische Strahlung ausschließlich von hier?

Dass irgendwo in unserer kosmischen Nachbarschaft derart energiereiche Prozesse ablaufen müssen, hatte sich bereits früher aus Beobachtungen und theoretischen Überlegungen zur kosmischen Strahlung ergeben. Sie besteht aus energiereichen Teilchen, die aus dem Weltall auf die Erde treffen. Wegen ihrer Ladung werden sie von Magnetfeldern auf gekrümmte Flugbahnen gezwungen, weshalb sie sich nicht eindeutig zu ihrem Ursprungsort zurückverfolgen lassen. Die Wissenschaftler sind darum auf indirekte Methoden angewiesen – wie eben auf die Beobachtung von Gammastrahlung aus der Interaktion der Teilchen mit interstellarem Gas.

Ob das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße allein verantwortlich ist für die kosmische Strahlung auf der Erde, ist ebenfalls noch ungeklärt. Die aktuellen Messungen zeigen, dass diese Quelle für sich genommen den auf der Erde gemessenen Fluss der kosmischen Strahlung nicht aufrechterhalten kann. "Wenn Sagittarius A* aber in der Vergangenheit aktiver war, dann könnte sie tatsächlich für die gesamte galaktische kosmische Strahlung verantwortlich sein", erläutert Christopher van Eldik von der Uni Erlangen, der Vizedirektor der H.E.S.S.-Kollaboration und Sprecher der deutschen Gruppen. Ein Nachweis würde die inzwischen 100 Jahre alte Diskussion über den Ursprung der kosmischen Strahlung entscheidend weiterbringen.

Die zentrale Teilchenschleuder der Milchstraße bezeichnen die Wissenschaftler als "Pevatron" in Analogie zum nordamerikanischen Beschleuniger Tevatron, der als Erster eine Energie von einem Teraelektronvolt (TeV) erreichte. 1 TeV entspricht bereits immerhin etwa dem 1000-Milliardenfachen der Energie des sichtbaren Lichts; der weltweit stärkste Beschleuniger, der Large Hadron Collider (LHC) in Genf, soll Protonen sogar auf 14 TeV beschleunigen. Die im Zentrum der Galaxis vermuteten Petaelektronvolt entsprechen dagegen 1000 TeV oder 1015 eV.