Die kosmische Strahlung ist im Weltall omnipräsent. Auf der Erde wird jedoch ein großer Teil dieser energiereichen geladenen Partikel vom Magnetfeld und der Atmosphäre abgefangen. Dennoch dringen einige so weit durch, dass sie mit Gasatomen in der Atmosphäre kollidieren und einen ganzen Schauer sekundärer Teilchen erzeugen können. Deren Menge, Energie und Richtung erlaubt es zumindest in Ansätzen, zu rekonstruieren, was für ein Teilchen mit welcher Energie und aus welcher Richtung uns getroffen hat. So scheinen Teilchen mit eher geringeren Energien von der Sonne, benachbarten Sternen und auch vom Zentrum der Milchstraße auszugehen. Auch bei Supernovae oder an Schwarzen Löchern wird kosmische Strahlung in Form beschleunigter Teilchen frei. Weitgehend ungeklärt ist dagegen der Ursprung des energiereichsten Anteils der kosmischen Strahlung. Diese Teilchen rasen mit Energien von mehr als einem Exaelektronenvolt durch das All – das entspricht einer Trillion Elektronenvolt oder dem millionenfachen der Kollisionsenergie von Protonen im Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) am Forschungszentrum CERN.
Energien im Exaelektronenvolt-Bereich
Bisher haben Astronomen nur gut zwei Dutzend kosmische Teilchen detektiert, die zu dieser ultraenergiereichen kosmischen Strahlung (UHECR) gehören. “Bei Energien von mehr als 100 Exaelektronenvolt liegt der Einstrom bei weniger als einem Teilchen pro Jahrhundert und Quadratkilometer”, erklären Astronomen der Telescope Array Collaboration. Zu den wenigen Ereignissen dieser Art gehört das sogenannte Oh-My-God-Teilchen, das im Jahr 1991 detektiert wurde und eine Energie von 320 Exaelektronenvolt hatte. “Der Ursprung solcher UHECR-Teilchen liegt gängiger Annahme nach in den energiereichsten Phänomenen des Universums, wie den relativistischen Ausströmen Schwarzer Löcher, Gammastrahlenausbrüchen oder großräumigen Schockwellen von Galaxienkollisionen”, erklären die Astronomen. Allerdings ist die Entfernung, über die die Teilchen eine so hohe Energie beibehalten können, begrenzt: Sie interagieren mit dem Mikrowellenhintergrund des Kosmos und werden dadurch abgebremst. Gängiger Theorie nach können die energiereichsten UHECR daher maximal aus Entfernungen von 160 bis 320 Millionen Lichtjahren stammen.
Doch jetzt berichten Astronomen um Toshihiro Fuji von der Osaka Metropolitan University von einem erneuten Rekord-Ereignis. Am 27. Mai 2023 fingen die über eine Fläche von 700 Quadratkilometer verteilten Teilchendetektoren des Telescope Array in Utah den sekundären Teilchenschauer eines kosmischen Partikels ein, das die enorme Energie von 244 Exaelektronenvolt besaß. “Als ich diesen extrem energiereichen kosmischen Strahl entdeckte, dachte ich erst, dass hier ein Fehler vorliegen müsste, denn er zeigte ein für die letzten 30 Jahre beispielloses Energieniveau”, sagt Fuji. Einzig das Oh-My-God-Teilchen war noch ein wenig energiereicher. Nähere Analysen legten nahe, dass es sich bei dem aktuellen, nach der japanischen Sonnengöttin “Amaterasu” getauften Teilchen wahrscheinlich um ein Proton oder größeres geladenes Teilchen gehandelt haben muss.
