Die Erde befindet sich ständig unter Beschuss: Auf unseren Planeten prasseln kontinuierlich geladene Teilchen aus dem Weltall ein. Es wurde bereits vermutet, dass die Quellen dieser kosmischen Protonendusche die Überreste von Supernova-Explosionen sind. Doch bisher fehlte der konkrete Nachweis dafür, da die kosmische Strahlung auf ihrem Weg von der Quelle zur Erde abgelenkt wird und sich ihre Spur dadurch verwischt. Doch eine aktuelle Studie bietet nun schlüssige Beweise, dass die rasenden Protonen tatsächlich durch die Schockwellen explodierender Sterne erzeugt werden.
Um die Quelle der kosmischen Teilchenstrahlung dingfest machen zu können, beobachteten die Forscher um Stefan Funk von der Stanford University vier Jahre lang die Überreste zweier Supernovae namens IC 433 und W44. Beide gehören zu unserer Galaxie. IC 443 ist etwa 5.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und befindet sich im Sternbild Zwillinge, W44 ist dagegen rund 10.000 Lichtjahre weit weg und im Sternbild Aquila zu finden. Die Forscher erfassten mit dem Large Area Telescope (LAT), das sich an Bord des Fermi Gamma-ray Space Telescope befindet, die Gammastrahlung, die von den Überresten dieser beiden Supernova-Explosionen ausgeht. Dadurch gelang ihnen ein indirekter Nachweis der kosmischen Strahlung.
Gammastrahlung verrät kosmische Strahlung
Den Forschern zufolge offenbarten die Daten die charakteristische Signatur des Zerfalls sogenannter neutraler Pione. Es handelt sich dabei um subatomare Teilchen, die entstehen, wenn energiereiche Teilchenstrahlung mit dem interstellaren Material interagiert, das eine Supernova umgibt. Pione lösen sich dabei sehr schnell in Gammastrahlen auf, die mit speziellen Teleskopen erfasst werden können, erklären die Forscher. Im Gegensatz zur kosmischen Strahlung wird Gammastrahlung auf ihrem Weg zur Erde nicht abgelenkt und lässt sich dadurch ihrem Ursprung genau zuordnen. Die Gammastrahlen belegen also indirekt, dass von den Supernovae kosmische Strahlung ausgeht: Die durch die Sternenexplosion stark beschleunigten Protonen erzeugen im Umfeld der Supernova Pione, die sich dann in Gammastrahlung verwandeln.
“Bis jetzt gab es nur theoretische Berechnungen und Annahmen, die darauf hindeuteten, dass kosmische Strahlung von den Überresten von Supernova-Explosionen zu uns kommt. Der Nachweis von Pion-Zerfall Signaturen in den Überresten schließt nun den Kreis, kommentiert der Astrophysiker Jerry Ostriker von der Columbia University die Studie seiner Kollegen.
Den aktuellen Theorien zufolge beschleunigen die Sternenexplosionen Protonen durch einen Prozess, der als Fermi-Beschleunigung bezeichnet wird. Bei diesem Mechanismus gewinnen die Protonen Energie durch Interaktionen mit turbulenten Magnetfeldern, die durch die Stoßwelle einer Supernova erzeugt werden. Zu den Details dieses Prinzips gibt es allerdings noch viele offene Fragen, betonen die Forscher. Der nächste Schritt soll nun sein, die genauen Abläufe des Beschleunigungsmechanismus zu erforschen und auch die maximalen Energien, mit denen die Protonen beschleunigt werden können.
Stefan Funk (Stanford University) et al.: Science, 10.1126/science.1231160 © wissenschaft.de Martin Vieweg
