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Kosmische Strahlung: Supernovae als Quellen hochenergetischer Teilchen bestätigt

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Kombinierte Aufnahmen des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO und des Röntgensatelliten Chandra der NASA geben weitere Hinweise auf die Ursachen kosmischer Strahlung. Dieser früher auch als Höhenstrahlung bezeichnete Strom extrem energiereicher Teilchen erreicht die Erde beständig von außerhalb des Sonnensystems. Bisher gibt es nur Spekulationen darüber, welche interstellaren Vorgänge in der Lage sind, einzelne Teilchen auf eine Energie über 100 Teraelektronenvolt zu beschleunigen. Dies entspricht einer Masse von 500 Goldatomen.

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Rand des RCW 86 Supernova-Überrests | Das Bild zeigt einen Ausschnitt einer Supernova-Stoßwelle im Sternbild Zirkel im sichtbaren Licht. Der als RCW 86 katalogisierte Nebel wird mit einer von chinesischen Astronomen im Jahr 185 n. Chr. dokumentierten Sternexplosion in Verbindung gebracht. Der abgebildete Bereich entspricht einer Größe von sechs Bogenminuten am Sternhimmel.
Stoßwellen von Supernovae innerhalb unserer Galaxie galten schon lange als die besten Kandidaten für Erzeuger kosmischer Strahlung. Die Richtung, aus der die Teilchen stammen, lässt sich jedoch nicht bestimmen, denn bei ihnen handelt es sich vorwiegend um Protonen, Elektronen und leichte Atomkerne. Da alle diese Teilchen elektrisch geladen sind, werden sie durch interstellare Magnetfelder abgelenkt und ihre Bahnen lassen sich daher nicht zu ihren Ursprüngen zurück verfolgen.

Ein Team von Astronomen um Eveline Helder von der Universität Utrecht in den Niederlanden berechnete nun, wie eine so starke Beschleunigung von Teilchen die Ausbreitung einer Supernovastoßwelle beeinflussen würde. Nach aktuellen Theorien erzeugt eine derartige Welle auf ihrem Weg durch das interstellare Gas magnetische Wirbel, die geladene Teilchen stark beschleunigen. Das neue Modell der Forscher bezieht nun als umgekehrten Effekt ein, dass diese Wirbel der Stoßfront gleichsam thermische Energie entziehen. Dies führt zu der Vorhersage, dass das umgebende Gas durch die Welle wesentlich weniger erwärmt würde als bisher vermutet.

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RCW 86 im Röntgenbereich | Diese Röngenaufnahme vom Supernova-Überrest RCW 86 gelang mit dem Weltraumteleskop XMM-Newton der ESA. Nur in diesem Wellenlängenbereich ist das gesamte Ausmaß des Nebels sichtbar. Er befindet sich 8200 Lichtjahre von der Erde entfernt und weist einen Durchmesser von 95 Lichtjahren auf (40 Bogenminuten). Nach neuen Berechnungen expandiert er im Mittel mit zwei Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
Um diese Theorie zu testen, nahmen Helder und ihre Kollegen Temperaturmessungen an RCW 86 vor – einem bekannten Supernovaüberrest. In der Tat besitzt das Gas hinter der Stoßwelle lediglich eine Temperatur von 30 statt der nach älteren Modellen zu erwartenden 500 Millionen Grad. Dies würde nach ihrem Modell ausreichen, die Energie und Intensität der galaktischen kosmischen Strahlung zu erklären.

Bereits im Jahr 2004 hatten Forscher am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg bestätigt, dass die Stoßfronten von Sternexplosionen Quellen von Röntgenstrahlung sind, wie sie nur von Teilchen in starken Magnetfeldern verursacht werden.

Teilweise finden sich in der kosmischen Strahlung jedoch auch Teilchen mit bis zu 1020 Elektronenvolt. Diese können nach bisherigem Wissen nicht durch Supernovae erzeugt werden. Als mögliche Quellen werden unter anderem extrem massereiche Schwarze Löcher in den Zentren großer Galaxien angesehen.

Ralf Strobel

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