Kosmischer Crash Forscher finden Schockwellen im All

Im Weltall prallen gewaltige Massen aufeinander. Forscher fragen sich: Wo sind die Schockwellen? Astrophysiker glauben jetzt erstmals Spuren eines solchen Crashs zurückverfolgt zu haben. Und es scheint, als hätten sie dabei auch einen gigantischen Teilchenbeschleuniger entdeckt.


Manchmal hinterlassen auch die größten Zusammenstöße keine direkten Spuren. Dabei sollte man doch einen gewaltigen Rumms erwarten, bei dem was sich draußen im Universum abspielt: Aus Räumen großer Leere und Ödnis stürzt Gas auf Galaxienhaufen – und kann dabei Geschwindigkeiten von mehreren Tausend Kilometern pro Sekunde erreichen. Trifft es auf andere Materie, müssten eigentlich gigantische Stoßwellen entstehen. Jedenfalls sagt das die Physik voraus.

Nun berichten Wissenschaftler erstmals von einer Messung, die der Rest einer solchen Schockwelle im Raum sein könnte. In der Wissenschaftszeitschrift "Science" erklärt der Astrophysiker Torsten Enßlin vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching anhand einer bunten Computersimulation seines Kollegen Mathias Höft von der International University Bremen die Vorstellung der Forscher – und das, was nun wahrscheinlich gemessen wurde.

Zwei kleinere Sternensysteme stürzen hier in einen gewaltigen Galaxienhaufen, der eine große Anziehung auf ihre Massen ausübt. Beim Zusammenprall entstehen Schockwellen, in der Animation als Farbwolken erkennbar: Die Gaspartikel werden auf ein Vielfaches der Schallgeschwindigkeit beschleunigt, am schnellsten sind die Partikel in der nach außen anwachsenden Schockwelle (blau).

Gigantischer Teilchenbeschleuniger im All

In diesem gewaltigen Prozess entstehen Teilchen mit sogenannten ultrarelativistischen Energien. Das bedeutet, dass der Energiegehalt eines Partikels seine Ruhemasse um viele Größenordnungen übersteigt.

Die Wellen um den Ort des Zusammenpralls werden damit zu gigantischen kosmischen Teilchenbeschleunigern. Und: Elektronen, die mit entsprechender Geschwindigkeit durch intergalaktische Magnetfelder sausen, erzeugen elektromagnetische Strahlung. Eine Schockwelle wie jene in der Simulation sollte also eigentlich ein Strahlungsmuster hervorrufen.

Seit den siebziger Jahren fangen Forscher sogenannte cluster radio relics auf. Dass es sich bei ihnen aber die um auf der Erde messbare Spuren der kosmischen Zusammenstöße handelt, wird erst seit ein paar Jahren vermutet. Nun haben indische, französische, brasilianische und deutsche Forscher mit dem Very Large Array im US-Bundesstaat New Mexico ein solches Signal vom Galaxienhaufen Abell 3376 aufgezeichnet, wie sie ebenfalls in "Science" berichten.

"Ähnlich wie Tsunamiwellen"

Und zum ersten Mal glauben sie auch, es eindeutig zuordnen zu können: Es handele sich um eine "gigantische ringförmige Strahlungsstruktur" um den Haufen. Die vier Astrophysiker interpretieren die elektromagnetischen Signale als Spuren der Schockwellen eines Materieflusses großen Maßstabs – und der gewaltigen Beschleunigung einzelner Teilchen. Das würde den Erwartungen aus der Theorie entsprechen.

Ihr Kollege Enßlin weist jedoch darauf hin, dass es für die Schockspuren noch eine zweite Erklärung geben könnte: Wenn zwei etwa gleichgroße Galaxien ineinandergestürzt und verschmolzen wären, hätten sie gegen Ende des kosmischen Dramas ein Paar Schockwellen ausgesandt, die immer energiereicher geworden wären, je weiter sie in die relative Leere des Raums gelangten. "Ähnlich wie Tsunamiwellen, die sich in flacheres Wasser ausbreiten", schreibt Enßlin. Das haben Forscher beim ähnlichen geformten Galaxienhaufen Abell 3667 beobachtet.

Jedenfalls, so der Garchinger Astrophysiker, seien die anwachsenden Wellen sehr interessant: Würden sie doch als mögliche Quelle ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung gelten – und die ist "nach wie vor mysteriös".

stx

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