Explodierende Sterne Quelle kosmischer Strahlung entdeckt

Schon lange hegen Physiker den Verdacht, dass explodierende Sterne die Ursache der lebensfeindlichen kosmischen Strahlung sein könnten. Ein internationales Forscherteam hat nun eine solche Supernova auf frischer Tat ertappt.

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Kosmischer Strahler: Supernova-Überrest im Sternbild Skorpion
Nature

Kosmischer Strahler: Supernova-Überrest im Sternbild Skorpion

Es ist ein wahres Teilchenfeuerwerk, das sich oberhalb der Erdatmosphäre abspielt. In jeder Sekunde schießen Tausende geladene Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit kreuz und quer. Die zu 97 Prozent aus Protonen und Alphateilchen bestehende kosmische Strahlung ist so gefährlich, dass sie das Leben im All ohne besonderen Schutz unmöglich macht.

Doch trotz intensiver Suche ist es bisher nicht gelungen, die Quellen dieser hochenergetischen Teilchen zu finden. Man vermutete sie in Sternexplosionen, den so genannten Supernovae. Die Explosionswolke, so die bisherige Theorie, sollte als eine Art kosmischer Teilchenbeschleuniger Atomkerne, Elektronen, Neutrinos und Gamma-Quanten ins All katapultieren.

Ein internationales Forscherteam konnte nun erstmals eine solche Wolke als Quelle kosmischer Strahlung überführen, berichtet das Magazin "Nature" (Bd. 432 S. 75). Das gerade in Betrieb genommene H.E.S.S.-Teleskop in Namibia (High Energy Stereoscopic System) lieferte die entscheidenden Daten, aus denen die Wissenschaftler ein hochauflösendes Bild der beobachteten Supernova erzeugten. "Das ist das erste Mal, dass wir eine Aufnahme von einer Quelle kosmischer Strahlung machen konnten", sagte David Berge vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg.

Störfaktor Magnetfelder

Die Kosmische Strahlung, auch Höhenstrahlung genannt, wurde 1912 von dem österreichischen Physiker Viktor Hess entdeckt, der dafür 1936 den Nobelpreis erhielt. Diese Teilchenstrahlung trifft nicht nur auf die Raumfahrzeuge außerhalb der Atmosphäre, sondern dringt zum kleineren Teil bis hinunter auf die Erde.

Vierfach-Teleskop H.E.S.S.: Extrem kurze Tscherenkow-Blitze aufgespürt
Max-Planck-Institut für Kernphysik

Vierfach-Teleskop H.E.S.S.: Extrem kurze Tscherenkow-Blitze aufgespürt

Um die Quelle kosmischer Strahlung auszuspüren, mussten sich die Forscher auf die darin enthaltene Gammastrahlung konzentrieren. Atomkerne und Elektronen, die den Löwenanteil der Strahlung bilden, eignen sich für die Suche nach Strahlungsquellen nicht: "Diese Teilchen kommen kreuz und quer geflogen, weil es sich um geladene Teilchen handelt, die von Magnetfeldern im interstellaren Raum abgelenkt werden", sagte Berge gegenüber SPIEGEL ONLINE.

Die Forscher wussten zwar, wonach sie suchen mussten, aber nicht wie. Gammastrahlung ist um ein Vielfaches stärker als herkömmliche Röntgenstrahlung, mit der zum Beispiel im Krankenhaus gearbeitet wird. Sie lässt sich nur äußerst schwer nachweisen, weil sie Materialien praktisch ohne Wechselwirkung durchdringt.

Nur die Erdatmosphäre ist in der Lage, die gefährliche Strahlung durch Absorption zu stoppen. "Dabei entstehen extrem kurze Lichtblitze im blauen und ultravioletten Bereich", erklärt Berge. "Die Blitze sind für das Auge aber unsichtbar, weil sie nur 20 Nanosekunden lang sind." Über diesen so genannten Tscherenkow-Effekt lässt sich die Gammastrahlung indirekt nachweisen.

Miniblitze im Sternbild Skorpion

Die Astronomen konzentrierten sich bei der Suche nach den Quellen kosmischer Strahlung auf einen Stern am Südhimmel, der vor einigen Tausend Jahren explodiert war. Mit den vier H.E.S.S.-Teleskopen in Namibia nahmen sie den Supernova-Überrest RX J1713.7-4946 im Sternbild Skorpion unter die Lupe. "Unsere Teleskope sind praktisch Digitalkameras mit extrem kurzer Belichtungszeit", erklärt Max-Planck-Forscher Berge. Dadurch seien die Teleskope in der Lage, die nur 20 Nanosekunden langen Blitze der Tscherenkow-Strahlung aufzunehmen.

Am Computer erzeugten die Wissenschaftler daraus ein zweidimensionales Gamma-Bild der Supernova. Die nachgewiesene Strahlung kommt tatsächlich aus der Explosionswolke, stellten sie fest, und konzentriert sich - wie erwartet - auf deren äußere Schale.

Supernova-Späher im Hochland von Namibia: Seit Ende 2003 arbeiten die vier Teleskope
Max-Planck-Institut für Kernphysik

Supernova-Späher im Hochland von Namibia: Seit Ende 2003 arbeiten die vier Teleskope

"Dieses Bild ist ein Meilenstein für die Gammastrahlen-Astronomie", sagte Paula Chadwick von der University of Durham. Der Supernova-Rest sei ein faszinierendes Objekt. Ian Halliday vom britischen Forschungsrat für Teilchenphysik und Astronomie (PPARC) wertete die Ergebnisse als "eindeutigen Beweis dafür, dass Supernovae große Mengen kosmischer Strahlung erzeugen können".

Die beobachtete Wolke sei erstaunlich groß, berichtete Berge, etwa doppelt so groß wie der Mond. "Wenn wir Menschen Gammastrahlung sehen könnten, würden wir die Supernova als großen Ball am Himmel erkennen."

Für Astronauten wird's nie dunkel

Trotz ihrer Gefährlichkeit für Lebewesen gilt die kosmische Strahlung als einer der wichtigsten Motoren des Lebens auf der Erde. Ihre ionisierende Wirkung hat Gene von Pflanzen und Tieren immer wieder verändert und dürfte so entscheidend die Entwicklung des Lebens beeinflusst haben. In großen Höhen ist die Strahlung stärker, für die Besatzung Interkontinental-Flügen stellt sie sogar ein Langzeit-Risiko dar.

Astronauten könnten die kosmische Strahlung sogar buchstäblich sehen, sagte Max-Planck-Forscher Berge. "Wenn sie die Augen schließen, dann ist es für sie trotzdem hell." Ursache sei der Tscherenkow-Effekt. Die hochenergetische Höhenstrahlung erzeuge direkt im Augapfel ein Feuerwerk von Miniblitzen. Berge: "Seit ich das weiß, will ich nicht mehr Astronaut werden."



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