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Astroteilchenphysik: Blazare als Quellen kosmischer Strahlung identifiziert

Was bisher nur vermutet wurde, scheint sich durch Fortschritte in der Neutrinophysik nun zu bestätigen: Galaxien mit einem massereichen Schwarzen Loch im Zentrum sind gigantische Teilchenbeschleuniger. Den Beleg lieferte ein Neutrino, dessen Reise vor vier Milliarden Jahren in einem solchen Blazar begann und im Eis des irdischen Südpols endete.
Blazar

Unablässig prasselt eine hochenergetische Strahlung aus den fernen Weiten des Alls auf die Erdatmosphäre. Überwiegend besteht sie aus den positiv geladenen Kernen von Wasserstoff und Helium, also aus Protonen und Alphateilchen. Kerne schwererer Elemente haben einen deutlich geringeren Anteil, ebenso wie Gammaquanten, die eigentlich elektromagnetische Wellen sind, die sich aber wegen ihrer sehr kurzen Wellenlänge in praktisch allen Reaktionen wie Teilchen benehmen. Hoch oben in der Atmosphäre – in Höhen von rund 20 Kilometern – löst diese primäre kosmische Strahlung durch Kollisionen mit den Molekülen der Luft Schauer von sekundären Teilchen aus, die sich weiter nach unten in der Atmosphäre ausbreiten und zum Teil die Erdoberfläche erreichen.

Manche der eindringenden kosmischen Partikel haben unerklärlich hohe Energien, die vieltausendfach höher sind als diejenigen, die mit irdischen Teilchenbeschleunigern erzeugt werden können. Im Extremfall erreicht ein einziges subatomares Teilchen eine Bewegungsenergie, die der Geschwindigkeit eines wuchtig geschlagenen Tennisballs entspricht.

Wie gelingt es der Natur, Teilchen auf derart hohe Energien zu beschleunigen? Von welchen Quellen im Universum stammen diese Geschosse? Diese Fragen gehörten seit der Entdeckung der kosmischen Strahlung vor rund 100 Jahren zu den großen Rätseln der Astronomie. Neue Beobachtungsbefunde bringen nun erste Antworten ...

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  • Literaturhinweise

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Becker, J. K.: High-Energy Neutrinos in the Context of Multimessenger Astrophysics. In: Physics Reports 458, S. 173 – 246, 2008

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IceCube Collaboration: Neutrino Emission from the Direction of the Blazar TXS 0506+056 Prior to the IceCube-170922A Alert. In: Science 361, S. 147 – 151, 2018

Padovani, P. et al.: Dissecting the Region Around IceCube-170922A: The Blazar TXS 0506+056 as the First Cosmic Neutrino Source. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sty1852, 2018. DOI: 10.1093/mnras.sty1852

Paiano, S. et al.: The Redshift of the BL Lac Object TXS 0506+056. In: The Astrophysical Journal Letters 854:L32, 2018

Resconi, E. et al.: Connecting Blazars with Ultra-High Energy Cosmic Rays and Astrophysical Neutrinos. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 468, S. 597 – 606, 2017