Astrophysiker spekulieren seit Jahrzehnten über die Quellen der ultrahochenergetischen Kosmischen Strahlung (ultra-high-energy cosmic rays, UHECRs) und diskutieren die gewaltigsten Prozesse im All weit jenseits der Milchstraße – darunter Sternexplosionen und Stoßfronten bei ihren Überresten, kollidierende Galaxien, Aktive Galaxienkerne sowie exotische Mechanismen, die bislang reine Spekulation sind.
Bereits in den 1990er-Jahren wurden Blazare als Ursache der Kosmischen Strahlung diskutiert. Aber für einzelne Kandidaten reichten die Daten nicht aus, nicht einmal für signifikante statistische Himmelsanalysen. Erste Hinweise auf einen möglichen Zusammenhang zwischen einem hochenergetischen Neutrino und einem aktiven Blazar (PKS B1424–418) publizierte Matthias Kadler von der Universität Würzburg mit Kollegen im Jahr 2016. Die Unsicherheiten in der räumlichen und zeitlichen Koinzidenz waren jedoch sehr groß.
Die Neutrino- und Gammastrahlen-Messung von TXS 0506+056 ist daher auch bahnbrechend, weil sie erstmals ein klares Indiz dafür liefert, dass Blazare wirklich hinter den energiereichsten UHECRs stecken. Das ist ein weiterer Grund, warum 170922A so viel Aufmerksamkeit erhielt. »Es zeigt uns, dass der Blazar Protonen auf enorme Energien beschleunigt. Somit könnten wir tatsächlich eine Quelle der Kosmischen Strahlung gefunden haben«, freut sich Elisa Bernardini vom DESY.
Protonen selbst verraten dies nicht, weil sie elektrisch geladen sind und daher von den Magnetfeldern überall im Weltraum abgelenkt werden. Entsprechend bewegen sich auch schwerere Atomkerne sowie Elektronen und Positronen auf Umwegen durchs All. Nur Neutrinos und Gammastrahlen breiten sich geradlinig aus und lassen daher Rückschlüsse auf ihren Entstehungsort zu. Neutrinos können sogar sehr dichten Materiekonzentrationen entkommen, in denen selbst Gammastrahlen absorbiert werden.
Hochrechnungen zufolge können Blazare allerdings nur 30 bis 80 Prozent des extragalaktischen Neutrino-Flusses liefern. Somit muss es noch andere Arten von Quellen der energiereichsten Kosmischen Strahlung geben.
Teilchen-Feuerwerk im Jet
Zu klären bleibt außerdem, was genau in den Blazaren vorgeht, um die vielen Boten auf die Reise zu schicken. »Unsere Theorien besagen, dass Neutrinos immer zusammen mit Gammastrahlen entstehen«, erklärt Razmik Mirzoyan vom Max-Planck-Institut für Physik in München, der Sprecher des MAGIC-Forschungsverbunds. »Wir wollen verstehen, wo und wie die Protonen auf höchste Energien gebracht werden, um energiereiche Neutrinos zu erzeugen.«
MAGIC hat gemessen, dass das Gamma-Spektrum von TXS 0506+56 eine klare Signatur aufweist: »Im Energiebereich über 100 Gigaelektronenvolt sehen wir einen Verlust von Photonen. Sie müssen also absorbiert worden sein. Dies deutet darauf hin, dass das IceCube-Neutrino bei Proton-Photon-Reaktionen in den Jets des Blazars entstanden sein könnte«, sagt Elisa Bernardini, die Chefwissenschaftlerin von MAGIC. »Dieses Ergebnis spricht für ein Zusammenspiel der beiden Botschafter – Neutrinos und Gammastrahlen«, ist Mirzoyan überzeugt. »Dabei liefern die Gammastrahlen Informationen, welche teilchenphysikalischen Prozesse im Jet ablaufen. Außerdem bestätigen die Resultate, dass neben den Neutrinos ein Teil der Gammastrahlen von energiereichen Protonen produziert wird – und nicht von anderen Teilchen-Interaktionen.«
Wenn Kernteilchen im Blazar mit Ultraviolett- und Röntgenstrahlung wechselwirken, entstehen Pionen. Ein geladenes Pion wandelt sich über ein Myon um zu einem Elektron oder Positron sowie zu drei Myon-Neutrinos, wie sie IceCube detektieren kann. Ein neutrales Pion zerfällt in zwei Photonen mit ähnlicher Energie wie die der Neutrinos.
Quellen Kosmischer Strahlung: In der Umgebung galaktischer Schwarzer Löcher werden Protonen und andere Teilchen auf riesige Energien beschleunigt. [Illustration: DESY, Science Communication Lab]
Die meisten Gammastrahlen entstehen allerdings nicht über solche »hadronischen Prozesse«, sondern »leptonisch«, wie die Physiker sagen, also bei einer Streuung mit Elektronen. Das legt ein neues Modell nahe, dass das MAGIC-Team auf Grundlage seiner späteren Messungen entwickelt hat.
Die Forscher gehen davon aus, dass die Protonen und Elektronen aus dem inneren Jet mit Photonen aus einem langsamen Plasma-Mantel ringsum interagieren. Das passt gut zu einer neuen Studie von Physikern um Shan Gao vom DESY in Zeuthen. Und es kann erklären, warum die Gammastrahlen und Neutrinos einen ähnlichen Energiefluss aufweisen: rund 1040 Joule pro Sekunde. Auch die Beschleunigung von Protonen auf Energien bis zu 1018 Elektronenvolt, typisch für die stärkste Kosmische Strahlung, lässt sich im Rahmen dieses Modells nachvollziehen.
Kurzum: Die Astrophysiker lernen allmählich, die vielen Botschaften aus dem All zu entziffern und ihre Bedeutungen im Zusammenhang zu verstehen. Nun warten sie gespannt auf neue extragalaktische Nachrichten.
Energiereiche Vertiefung:
Vaas, R.: Schwarze Löcher und Superenergien. bild der wissenschaft, Nr. 2, S. 12–33 (2019)
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Liebe PERRY RHODAN-Freunde,
Michael Marcus Thurner hat uns in seinem Roman eine Kriegsschule vorgestellt. Auf der Leserseite geht es weniger martialisch zu. Der Schwerpunkt liegt dieses Mal auf Rückmeldungen zu den einzelnen Romanen und Reaktionen auf die Leserbriefe.
In der nächsten Ausgabe werden die Leserseite und die Risszeichnung, die ursprünglich erscheinen sollte, entfallen! Michael Marcus Thurner benötigt den Platz für den zweiten Teil seines Doppelromans.
In einem Zug
Stephan Listing, [email protected]
Moin, Michelle!
Ad hoc ein dickes Lob an dich und an Uwe Anton (natürlich auch an das komplette Team!).
»Die HARUURID-Mission« und »Das Kortin-Komplott« waren wirklich großartiges Kopfkino! Vollkommen different in Szenarien und Handlungen, doch spannend bis zum letzten Wort. Ich habe beide Romane jeweils wieder »in einem Zug« gelesen.
Da hast du den armen Monkey ja schon wieder mit Schwerkraft(-fallen) ziemlich plattgemacht – doch unser Lieblings-Oxtorner lässt sich ja nicht unterkriegen; gut so!
Ein herrliches Titelbild bei Band 2988: Monkey vs. Balkenrobbi.
Das Kapitel um Puoshoor ist mit dessen Ableben ja nun abgeschlossen, und das Gondunat darf sich neu ordnen.
Weiter geht es mit Tamaron Vetris-Molaud, der von dem Adauresten trotz aller Sicherheitsmaßnahmen