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Atmosphärenphysik: Gewitter schleudern Antimaterie ins All

GammablitzLaden...
Blitz und Donner – das sind die allgemein geläufigen Begleiterscheinungen eines Gewitters. Dass die Himmelsschauspiele noch einiges mehr zu bieten haben, konnten US-Wissenschaftler jetzt mit Hilfe des Weltraumteleskops Fermi nachweisen. Die Forscher fanden Hinweise auf Antimaterie-Strahlung, die aus den Wolken ins All schießt. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler jetzt auf der Tagung der Americam Astronomical Society vorgestellt.

Das 2008 gestartete Fermi-Teleskop soll eigentlich nach Gammastrahlung aus den Tiefen des Alls suchen. Als Quellen dieser energiereichsten Form des Lichts gelten Schwarze Löcher oder spezielle Sternexplosionen, so genannte Hypernovae. Doch auch die Erde liegt im Blickfeld von Fermis Gamma-Ray Burst Monitor (GBM): Seit dem Start registrierte das Instrument insgesamt 130 terrestrische Gammastrahlenblitze (TGF = Terrestrial Gamma-Ray Flash) – kurze Ausbrüche von Gammastrahlung in Gewitterwolken, die sich nach Einschätzung der Wissenschaftler etwa 500 Mal am Tag ereignen dürften.

Von besonderem Interesse für die Wissenschaftler waren dabei vier Fälle, in denen Fermi Gammastrahlung registrierte, obwohl es eigentlich zu weit von den Gewittern entfernt war, um Daten zu empfangen. So etwa am 14. Dezember 2009, als Fermi über Ägypten schwebte, während sich 4000 Kilometer entfernt ein Gewitter über Sambia austobte. Obwohl der Atmosphärensturm jenseits von Fermis Horizont lag, fing das Teleskop Gammastrahlung auf.

GammablitzLaden...
Gammastrahlenausbruch | Elektrische Felder an der Oberseite des Sturms beschleunigen Elektronen (gelb) auf sehr hohe Geschwindigkeiten. Durch die Interaktion mit Luftmolekülen erzeugen sie Gammastrahlung (schweinchenrosa). Diese Gammastrahlung wiederum erzeugt durch Wechselwirkung mit Materie weitere Elektronen und ihre Antiteilchen Positronen (grün). Die geladenen Teilchen bewegen sich entlang der Feldlinien des Erdmagnetfeldes, während die Gammastrahlung frei in den Raum entweicht.
Für Joseph Dwyer vom Florida Institute of Technology ist diese Beobachtung ein klarer Hinweis auf die Anwesenheit von Antimaterie. Durch die TGF entstünden in den Wolken ultraschnelle Elektronen sowie deren Gegenstücke aus Antimaterie, die Positronen. "Diese Teilchen bewegen sich entlang des irdischen Magnetfelds und treffen dabei auf das Teleskop", so der Forscher.

Kommt es dabei zum Kontakt zwischen Materie- und Antimaterieteilchen, löschen sich beide aus, wobei Gammastrahlung entsteht. Es war diese Strahlung, die Fermi registrierte – und aus der die Forscher auf die Anwesenheit von Antimaterie schließen konnten.

"Diese Signale sind der erste direkte Beweis dafür, dass Gewitter Antimaterie-Strahlen erzeugen können", so Michael Briggs vom GBM-Forschungsteam. Und seine Kollegin Ilana Harrus vom Fermi-Team der Nasa ergänzt: "Fermi hat sich in den vergangenen drei Jahren als Werkzeug zur Erforschung des Universums bewährt. Jetzt haben wir den Beweis dafür, dass es sich auch bei viel näher gelegenen Phänomenen einsetzen lässt." (tt)

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