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Radioteleskop in Effelsberg

Kosmische Strahlung: Ursprung geklärt

Gut Ding braucht Weile, auch in der Wissenschaft: Dass die kosmische Strahlung von Sternenexplosionen stammt, vermuten Forscher schon seit Jahrzehnten. Der Beweis dafür wurde jetzt erbracht.

Supernovae 15.02.2013

Am 7. August 1912 machte der österreichische Physiker Victor Franz Hess eine historische Entdeckung. Bei einer Ballonfahrt in mehr als 5.000 Metern Höhe registrierte er erstmals die Kosmische Strahlung. Hess wurde dafür 1936 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Heute weiß man, dass geladene Teilchen, Wasserstoff- und Heliumkerne, Elektronen und Kerne anderer Elemente aus dem Weltall kommend auf die Erdatmosphäre treffen. Je nachdem, woher die Teilchen stammen und wie sie beschleunigt wurden, haben sie Energien von tausend bis hundert Trillionen Elektronenvolt (eV). Zum Vergleich: Die Energie von sichtbarem Licht liegt etwa einem eV.

Spurensuche in der Gammastrahlung

Die Studie

"Detection of the Characteristic Pion-decay Signature in Supernova Remnants", Science (14.2.2013. doi: 10.1126/science.1231160).

Schon seit Jahrzehnten wurde ein Zusammenhang zwischen der galaktischen Kosmischen Strahlung und Sternenexplosionen vermutet. Man ging davon aus, dass die Teilchen in der sich ausbreitenden Supernova-Schockwelle auf so hohe Geschwindigkeiten (bzw. Energien) beschleunigt werden.

Ö1 Sendungshinweis:

Über die Studie berichtet auch Wissen Aktuell um 15.2. um 13:55.

Beim tatsächlichen Nachweis standen die Wissenschaftler allerdings vor einem Problem: Aus den Protonen kann man nicht auf ihren kosmischen Geburtsort rückschließen. Denn intergalaktische Magnetfelder lenken die Teilchen auf dem Weg zur Erde ab und verwischen so Hinweise auf ihren Ursprung.

Doch der Gammastrahlenbereich bietet eine Möglichkeit, der Herkunft nachzuspüren. Denn bei ihrer Beschleunigung in der Supernovae-Schockwelle wechselwirken die Protonen miteinander. Dabei entstehen neutrale Pionen, die nach kurzer Zeit zerfallen und Gammastrahlen freisetzen.

"Dieser Prozess führt im Strahlenspektrum zu charakteristischen Veränderungen, die nun erstmals nachgewiesen werden konnten", sagt Olaf Reimer von der Uni Innsbruck, einer der Studienautoren. Der Beweis ist damit erbracht: Das Signal stellt erstmals eine zweifelsfreie Verbindung zwischen energiereichen Protonen und Supernova-Überresten im All her.

Energiefrage ungeklärt

Stefan Funk von der Stanford University (USA) und seine Kollegen hat dazu vier Jahre lang mit dem Large Area Telescope (LAT), dem Hauptinstrument des Gammastrahlen-Weltraumteleskops "Fermi", die Supernovaüberreste W44 und IC 443 beobachtet. IC 443 liegt rund 5.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Zwillinge, W44 rund 10.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Adler.

Die Forscher wollen nun klären, wie Protonen und schwerere Kerne in den Supernovae-Überresten Energie gewinnen. Unklar ist auch, woher die extrem energiereichen Teilchen in der Kosmischen Strahlung kommen - also solche mit Energien von bis zu 10 hoch 20 eV. Nur so viel ist sicher: Sie kommen von außerhalb unserer Galaxis.

science.ORF.at/APA

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