Woher kommt hochenergetische kosmische Strahlung? Forscher haben nun eine Antwort auf diese Fragen gefunden und damit eine lange gehegte Vermutung der Astronomen bestätigt. Die Strahlung scheint von natürlichen Teilchenbeschleunigern in der Nähe der Überreste explodierter Sterne zu stammen, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt Physical Review Letters.
Ständig regnen aus dem Weltall Teilchen, hauptsächlich Protonen, aber auch schwerere Atomkerne, auf unsere Erde nieder. Die meisten von ihnen haben relativ niedrige Energien von einigen Gigaelektronenvolt oder weniger. Sie stammen meist von Eruptionen auf der Sonnenoberfläche. Es gibt aber auch Teilchen mit Energien im Bereich von einem Petaelektronenvolt: Das entspricht einer millionenfach höheren Energie.
Astronomen vermuten seit langem, dass es im All natürliche Teilchenbeschleuniger geben muss. Dort lösen zum Beispiel Supernova-Explosionen starke Stoßwellen aus, die dann elektrisch geladene Teilchen auf hohe Energien beschleunigen. Wegen der enormen Energien um ein Petaelektronenvolt (kurz PeV) werden diese Teilchenbeschleuniger auch PeVatrons genannt. Doch bislang konnte sie niemand orten. Das Problem: Geladene Teilchen wie Protonen in kosmischer Strahlung bewegen sich nicht geradlinig durch den Raum, weil starke Magnetfelder diese Teilchen ablenken. Daher kann aus der Richtung, aus der sie kommen, nicht einfach auf die Herkunft der Partikel geschlossen werden.
Astronomen müssen PeVatrons also indirekt suchen: Sie suchen nach hochenergetischer Gammastrahlung, die entsteht, wenn kosmische Strahlung mit interstellarem Gas, dem Gas zwischen Sternen, wechselwirkt. Allerdings ist dieser Zusammenhang nicht eindeutig: Auch wenn die kosmische Hintergrundstrahlung, das Echo der Urknallstrahlung, von Elektronen im All gestreut wird, kann diese Gammastrahlung entstehen.
Ke Fang von der University of Wisconsin und Kollegen haben nun 12 Jahre Daten analysiert, die vom Fermi-Satellitenobservatorium und anderen Teleskopen auf G106.3+2.7, dem 2.600 Lichtjahre entfernten Supernova-Überrest, gesammelt wurden. Während Fermi auf Gammastrahlen spezialisiert ist, lieferten die anderen Observatorien zusätzliche Daten zu Röntgen- und Radiowellen, die von demselben beobachteten Objekt ausgehen.
Wie die Studie der Forscher zeigt, passt die Energieverteilung der Strahlung des Supernova-Überrests über diesen weiten Bereich von Radiowellen bis hin zu Gammastrahlen sehr gut zu einem PeVatron, nicht aber zum alternativen Szenario der Streuung der Hintergrundstrahlung. Daher scheint G106.3+2.7 laut Fang und seinen Kollegen eine der wichtigsten Quellen hochenergetischer kosmischer Teilchen zu sein. Mit ihrer Methode wollen die Forscher nun weitere kosmische Teilchenbeschleuniger orten.