Ob Supernovae, die Ausbrüche im Umfeld aktiver Schwarzer Löcher oder die gebündelten Ausströme von Pulsaren: Viele Ereignisse und Objekte im Weltraum setzen energiereiche Ströme von Strahlung und geladenen Teilchen frei. Auch unsere Sonne und andere Sterne gehören dazu. Während jedoch der Sonnenwind eher zum energieärmeren Anteil dieser kosmischen Strahlung gehört und schon relativ gut untersucht ist, gilt dies für die energiereichsten geladenen Teilchen der kosmischen Strahlung nicht. Dies hat zwei Gründe: Zum einen werden kosmische Elektronen und andere Teilchen umso seltener, je höher ihre Energie ist. Astronomen benötigen daher möglichst große Detektoren, um Hinweise auf Dichte und Herkunft dieser Partikel zu erhalten. Zum anderen werden vor allem die kosmischen Elektronen durch Interaktion mit den überall im Universum vorhandenen Magnetfeldern stark abgelenkt und gebremst. Das macht es nahezu unmöglich, ihre Quellen zu lokalisieren.
Das Problem der Detektoren
“Die lokal eintreffenden Elektronen und Positronen der kosmischen Strahlung könnten entweder auf eine oder mehrere primäre Quellen in der Nachbarschaft zurückgehen”, erklären Felix Aharonian vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg und seine Kollegen. Bisher sei es allerdings nicht gelungen, eindeutige Hinweise auf solche lokalen Quellen im Spektrum der detektierten kosmischen Elektronen zu finden. “Die energiereichen Elektronen könnten daher auch sekundären Ursprungs sein und durch die Interaktion von Atomkernen der kosmischen Strahlung mit interstellaren Gasen entstehen”, so die Forschenden weiter. Welche der beiden Annahmen zutrifft, ist ungeklärt – auch weil es bisher an Daten zum energiereichsten Elektronenanteil der kosmischen Strahlung mangelt. Messinstrumente, darunter das Fermi-LAT-Weltraumteleskop oder der AMS-2-Detektor an der Internationalen Raumstation, haben bisher nur Elektronen von maximal wenigen Teraelektronenvolt Energie eingefangen.
Erdbasierte Detektoren haben hingegen das Problem, dass sie die kosmische Strahlung nicht direkt messen können, weil die Teilchen schon hoch oben in der Atmosphäre mit Atomen kollidieren und abgefangen werden. Dabei entstehen Kaskaden sekundärer Teilchen, die von den Messinstrumenten detektiert werden können. Herauszufinden, von welcher Art kosmischer Teilchen diese sekundären Schauer ursprünglich erzeugt wurden – ob von Elektronen oder schwereren Atomkernen oder Ionen – erfordert daher aufwendige Analysen. Zu den erdbasierten Observatorien gehört auch das H.E.S.S.-Observatorium in Namibia. Es besteht aus vier Zwölf-Meter-Spiegelteleskopen und einem fünften, zentralen 28-Meter-Teleskop. Ihre Sensoren sind darauf ausgelegt, das schwache Aufleuchten zu detektieren, dass bei Kollision der Teilchenschauer mit Luftteilchen entsteht, die sogenannte Tscherenkowstrahlung.
