Aktive Galaxien sind Quelle der hochenergetischen kosmischen Strahlung

Pierre-Auger-Observatorium untersucht Galaxien in unserer kosmischen Nachbarschaft

Himmelskarte mit den Quellen der hochenergetischen kosmischen Strahlung
Himmelskarte mit den Quellen der hochenergetischen kosmischen Strahlung

Malargüe (Argentinien) - Ständig prasseln energiereiche Teilchen aus dem Weltall auf die irdische Atmosphäre. Die Partikel mit der höchsten Energie in dieser kosmischen Strahlung stammen offenbar aus den aktiven Kernen von Galaxien in unserer kosmischen Nachbarschaft. Das zeigen Messungen des Pierre-Auger-Observatoriums, einer riesigen Detektoranlage in Argentinien. Die Wissenschaftler der internationalen Auger-Collaboration berichten jetzt im Fachblatt "Science" über ihre Forschungsergebnisse.

"Wir haben einen großen Schritt zur Lösung des Geheimnisses der kosmischen Strahlung mit der höchsten Energie getan", sagt James Cronin von der University of Chicago, der das Auger-Observatorium maßgeblich mitentwickelt hat. "Wir haben festgestellt, dass diese ultraenergetischen Teilchen nicht gleichmäßig aus allen Richtungen zu uns kommen. Das ist eine fundamentale Entdeckung. Damit beginnt das Zeitalter der Astronomie der kosmischen Strahlung. In den nächsten Jahren werden unsere Daten uns eine exakte Identifizierung der Quellen erlauben und uns Aufschluss darüber geben, wie die Teilchen dort beschleunigt werden."

"Wir beginnen zu verstehen, was für unglaubliche Prozesse in der Nähe Schwarzer Löcher ablaufen, und wie sich die Teilchen durch kosmische Magnetfelder ausbreiten", freut sich Peter Biermann vom Max Planck-Institut für Radioastronomie Bonn, der seit vielen Jahren theoretische Untersuchungen zu dem Thema durchführt.

Die kosmische Strahlung besteht aus Protonen und Atomkernen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch das Weltall reisen. Wenn diese Teilchen in die Atmosphäre eindringen, lösen sie einen ganzen Schauer sekundärer Teilchen aus, der über eine Fläche von über 40 Quadratkilometern niedergeht. Diese Teilchenschauer registriert das Pierre-Auger-Observatorium mit 1600 speziellen Teilchendetektoren, die jeweils 1,5 Kilometer voneinander entfernt auf einem insgesamt 3000 Quadratkilometer großen Gebiet verteilt sind. Zusätzlich registrieren 24 Spezialteleskope die von den Teilchen in der Atmosphäre angeregte Fluoreszenzstrahlung. An der Entwicklung und dem Bau der Anlage sind mehr als 370 Forscher aus 17 Ländern beteiligt. "Der deutsche Beitrag zum Pierre Auger-Observatorium und zu diesem Resultat ist enorm", stellt Johannes Blümer vom Forschungszentrum Karlsruhe und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fest.

Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2004 hat das Observatorium bereits knapp eine Million Teilchenschauer registriert. Von besonderem Interesse für die Wissenschaftler sind dabei die Schauer, die von Teilchen mit extrem hohen Energien ausgelöst werden -- denn bei diesen war bislang unklar, woher sie stammen. Die Ergebnisse der Auger-Collaboration zeigen nun, dass die 27 Ereignisse mit der höchsten Energie von über 57 mal 10 hoch 18 Elektronenvolt -- eine 57 mit 18 Nullen -- sich ungleichmäßig über den Himmel verteilen. Die Forscher fanden, dass die meisten dieser Teilchen offenbar aus nahen aktiven Galaxien wie beispielsweise Centaurus A stammen.

In den Zentren solcher aktiver Galaxien befinden sich supermassive Schwarze Löcher, die große Mengen von Materie aufsaugen. Dabei setzen die Schwarzen Löcher zugleich große Energiemengen frei, die in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums abgestrahlt werden. Seit langem vermuten die Astrophysiker, dass im Umfeld der supermassiven Schwarzen Löcher auch elektrisch geladene Teilchen auf immense Energien beschleunigt werden können -- die dann als kosmische Strahlung zu uns gelangen. Wie genau die aktiven Galaxienkerne die Teilchen auf Energien beschleunigen, die 100 Millionen mal höher sind als das, was selbst die größten Teilchenbeschleuniger auf der Erde vermögen, ist bislang jedoch ein Rätsel. Dieses Rätsel hoffen die Forscher nun schon bald mit dem Auger-Observatorium zu lösen.