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Neue Quelle kosmischer Strahlung

31.10.2012

Forscher des CNRS (Französisches Nationales Zentrum für wissenschaftliche Forschung) und CEA haben bei der Arbeit mit dem europäischen astronomischen Röntgensatelliten XMM-Newton eine neue Quelle kosmischer Strahlung entdeckt. Er befindet sich in unmittelbarer Nähe des Arches-Sternhaufens, unweit des Zentrums unserer Milchstraße.

Teilchen dieser Strahlung werden in einer Schockwelle beschleunigt, die von Zehntausenden junger Arch-Sterne erzeugt wird, die sich mit etwa 700000 km/h in etwa die gleiche Richtung bewegen. Diese kosmische Strahlung erzeugt in Wechselwirkung mit den Atomen des umgebenden Gases charakteristische Röntgenstrahlen. Aber der Ursprung dieser kosmischen Strahlung unterscheidet sich von der üblichen Strahlung, die bei Supernova-Explosionen entsteht. Entdeckt wurde sie vor genau hundert Jahren vom österreichischen Physiker Victor Franz Hess. Er entdeckte die Existenz ionisierender Strahlung außerirdischen Ursprungs, die er kosmische Strahlung nannte. Moderne Astrophysiker verstehen ihre Natur sehr gut - wenn einige Sterne explodieren und am Ende ihres Lebens zu Supernovae werden, wird ihre Materie mit Überschallgeschwindigkeit ausgestoßen, wodurch Schockwellen entstehen, die Teilchen beschleunigen. Dadurch erhalten einige Atomkerne eine sehr hohe kinetische Energie und treten in die Erdatmosphäre ein.

Niedrigenergetische kosmische Strahlung wurde jedoch in der Region unseres Planeten nicht nachgewiesen, da der Sonnenwind sie daran hindert, in die Atmosphäre einzudringen. Daher ist wenig über ihre chemische Zusammensetzung bekannt, da ihr Fluss hauptsächlich außerhalb des Sonnensystems verläuft. Obwohl alles darauf hindeutet, dass sie eine wichtige Rolle in der Galaxie spielen. Beispielsweise hängt die Bildung neuer Sterne wahrscheinlich von ionisierenden und heißen, dichten interstellaren Wolken ab.

Die Autoren des Artikels begannen mit der Untersuchung von Röntgenstrahlen, die theoretisch im interstellaren Medium niederenergetische kosmische Strahlung erzeugen sollten. Anschließend suchten sie nach Anzeichen dieser Emission in Röntgendaten, die das XMM-Newton-Teleskop über mehr als ein Jahrzehnt Betrieb gesammelt hatte.

Durch die Analyse der Röntgeneigenschaften von interstellarem Eisen aus Satellitenaufzeichnungen fanden sie Spuren von großen, sich schnell bewegenden Ionenpopulationen. Sie kommen aus der Nähe des Arches-Sternhaufens, der etwa hundert Lichtjahre vom Zentrum unserer Milchstraße entfernt liegt. Aller Wahrscheinlichkeit nach entstehen sie, wenn die Sterne des Bogens mit hoher Geschwindigkeit auf ihrem Weg mit einer Gaswolke kollidieren. In dieser Region ist die Energiedichte beschleunigter Ionen tausendfach größer als die kosmischer Strahlung in der Nähe des Sonnensystems.

Dies ist das erste Mal, dass eine bedeutende Quelle niederenergetischer kosmischer Strahlung außerhalb des Sonnensystems entdeckt wurde. Alles deutet darauf hin, dass Gas- und Staubwolken und nicht nur Stoßwellen von Supernovae, wie bisher angenommen, Ionen hohe Geschwindigkeiten verleihen können.

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