Eisenkerne aus dem Weltall

Kosmische Teilchenstrahlung stellt Forscher vor neues Rätsel - je höher die Energie, desto mehr Eisenkerne enthält sie.

Messung eines Teilchenschauers
Messung eines Teilchenschauers

Blois (Frankreich) - Die kosmische Strahlung mit der höchsten Energie besteht überwiegend aus Protonen - so dachten die Physiker bislang. Doch nun zeigen Messergebnisse des Pierre Auger Observatory in Argentinien, dass die kosmische Strahlung mit wachsender Energie immer mehr Atomkerne des Elements Eisen enthält. Die Wissenschaftler haben weder eine Erklärung für die Herkunft der Eisenkerne, noch verstehen sie, wie die Teilchen ihre lange Reise durch das Weltall überstehen können.

"Wir haben die Daten zwei Jahre lang ausgewertet und analysiert um sicher zu gehen, dass sie korrekt sind", erklärt James Cronin von der University of Chicago. Der Forscher präsentierte die überraschenden Ergebnisse jetzt auf der Fachtagung "Windows on the Universe" in Frankreich. Das Pierre Auger Observatory ist eine von einem internationalen Konsortium betriebene Anlage aus 1600 Detektoren und vier Teleskopen zur Vermessung der kosmischen Teilchenstrahlung.

Die jetzt präsentierten Ergebnisse zeigen, dass oberhalb einer Energie von 10 hoch 18 - das ist eine Milliarde mal eine Milliarde - Elektronenvolt der Anteil von Eisenkernen an der kosmischen Strahlung rasant zunimmt und die Strahlung schließlich dominiert. Die Astronomen vermuten bisher, dass die Teilchen mit der höchsten Energie aus der Umgebung supermassiver Schwarzer Löcher in fernen Galaxien stammen - doch dort gibt es hauptsächlich Wasserstoff und Helium, aber keine Eisen. Zudem sollten Eisenkerne auf ihrer viele Millionen oder gar Milliarden Lichtjahre weiten Reise durchs Weltall durch Zusammenstöße mit Photonen - also den Teilchen der elektromagnetischen Strahlung - in leichtere Kerne zerfallen.

Rätselhaft ist das Ergebnis auch deshalb, weil frühere Messungen des "Fly´s Eye"-Observatoriums in den USA bei hohen Energien nur Protonen gefunden hatten. Die aus dem Kosmos in die Erdatmosphäre eindringenden Teilchen stoßen mit Atomen zusammen und lösen so sekundäre Teilchenschauer aus. Aufgrund der höheren Masse und der höheren Ladung treten diese Kollisionen bei den Eisenkernen in größerer Höhe und in einem schmaleren Band auf als bei Protonen. Die Messungen der Höhe durch das Pierre Auger Observatory sind dabei erheblich genauer als beim "Fly's Eye". Die Forscher hoffen nun, dass sich mit weiteren Messungen die Quellen der hochenergetischen Teilchenstrahlung am Himmel lokalisieren lassen.