von DIRK EIDEMÜLLER
Wenn man auf der Suche nach mysteriösen Sternen ist, muss man gar nicht in die Ferne schweifen. Auch unsere Sonne gibt noch Rätsel auf: So haben Astronomen des HAWC-Observatoriums an den Flanken des Vulkans Sierra Negra bei Puebla, Mexiko, energiereiche Gammastrahlung gemessen, die direkt von der Sonne zu uns kommt. Bislang gibt es keine befriedigende Erklärung dafür.
„Die Sonne ist vor allem als Quelle von sichtbarem Licht, Ultraviolett- und Infrarotstrahlung bekannt. Wir kennen sie seit 1944 aber auch als Radioquelle, seit den 1950er-Jahren als Gammastrahlenquelle und seit den 1960ern als Röntgenquelle“, resümiert Henrike Fleischhack. Die Astrophysikerin hat an der neuen Studie als Postdoktorandin am Goddard Space Flight Center der NASA mitgewirkt und arbeitet mittlerweile für die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig.
Die Gammastrahlung wurde zunächst im Zusammenhang mit Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen beobachtet: Wenn Magnetfeldlinien aus der Sonne treten und sich neu orientieren, können sehr hohe Feldstärken entstehen, die Protonen und Elektronen bis zu Energien von einigen Megaelektronenvolt beschleunigen – also mehr als das Millionenfache von dem, was sichtbares Licht an Energie aufweist. Stoßen diese energiereichen Teilchen auf andere Teilchen, kann Gammastrahlung entstehen.
Vor einigen Jahren sorgten Messungen des Satelliten Fermi für Furore: Auch bei Energien von bis zu 200 Gigaelektronenvolt war viel Gammastrahlung gemessen worden. Derart hohe Energien erzeugt die Sonne nicht selbst, sie stammen vielmehr aus der Wechselwirkung der Sonne mit extrem energiereichen Teilchen der Kosmischen Strahlung: vor allem Protonen, die in den Schockfronten der interstellaren Materie um Supernova-Überreste beschleunigt werden.
Fermi eignet sich nicht zur Suche nach noch energiereicheren Gammastrahlen. Deren Nachweis ist nun dem HAWC-Observatorium geglückt. Es befindet sich auf der mexikanischen Hochebene gut vier Kilometer über dem Meeresspiegel. Es besteht aus 300 sieben Meter großen Wassertanks sowie 343 kleineren mit rund 1,5 Meter Durchmesser. Wenn extrem energiereiche kosmische Partikel auf die Atmosphäre treffen, erzeugen sie einen großen Luftschauer aus Sekundärteilchen, die sich anhand ihrer Effekte in den Wassertanks von HAWC messen lassen.
„Wir haben in den Daten Gammastrahlen von der Sonne mit Energien von bis zu mehreren Teraelektronenvolt gefunden“, sagt Fleischhack – mehr als das Zehnfache der von Fermi gemessenen Strahlung. Überraschend war auch, dass die Gammastrahlung schwächer war, wenn der magnetische Zyklus der Sonne ein Maximum hatte, und stärker, wenn das solare Magnetfeld im Minimum war. Vermutlich ist die Wechselwirkung der Kosmischen Strahlung mit dem Magnetfeld der Sonne für diesen Effekt verantwortlich – etwa, wenn ankommende Protonen vom solaren Magnetfeld abgelenkt werden und dann mit ionisierten Atomen der äußeren Sonnenatmosphäre reagieren. „Aber es gibt bislang kein Modell, das die Beobachtungen quantitativ erklären könnte“, sagt Fleischhack. Man darf also auf weitere Messungen und Überraschungen gespannt sein.
