{"id":21913,"date":"2014-07-09T12:29:44","date_gmt":"2014-07-09T10:29:44","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/07\/09\/eine-unbekannte-quelle-hochenergetischer-kosmischer-strahlung-im-grossen-wagen\/"},"modified":"2025-05-14T16:14:49","modified_gmt":"2025-05-14T14:14:49","slug":"eine-unbekannte-quelle-hochenergetischer-kosmischer-strahlung-im-grossen-wagen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/07\/09\/eine-unbekannte-quelle-hochenergetischer-kosmischer-strahlung-im-grossen-wagen\/","title":{"rendered":"Eine unbekannte Quelle hochenergetischer kosmischer Strahlung im Gro\u00dfen Wagen"},"content":{"rendered":"

Am Montag erst habe ich \u00fcber eine wissenschaftliche Arbeit berichtet in der der Einfluss kosmischer Strahlung auf die Evolution<\/a> untersucht wird. Die kosmische Strahlung ist aber auch dann interessant, wenn man nicht ihre Auswirkungen betrachtet, sondern ihre Quellen. Denn da gibt es immer noch viel, das wir nicht verstehen. Eine internationale Kollaboration von Wissenschaftlern hat den offenen Fragen nun k\u00fcrzlich eine weitere hinzu gef\u00fcgt: Wieso gibt es am Himmel im Sternbild „Gro\u00dfer B\u00e4r“ eine Stelle, von der mehr hochenergetische kosmische Strahlung kommt als von anderswo?<\/p>\n

<\/p>\n

\"Victor<\/a>
Victor Hess steigt 1912 mit einem Ballon auf und entdeckt die kosmische Strahlung (Bild: APS, gemeinfrei)<\/figcaption><\/figure>\n

Kosmische Strahlung besteht eigentlich aus Teilchen. Es handelt sich dabei im wesentlich aus Atomkernen, und da mehrheitlich um Protonen (also die Kerne von Wasserstoffatomen). Diese Teilchen werden aus der \u00e4u\u00dferen Atmosph\u00e4re von Sternen ins All geschleudert. Aber auch Supernova-Explosion treiben jede Menge Atomkerne durch die Gegend und die hochenergetischen Prozesse in der Umgebung der supermassereichen L\u00f6cher in den Zentren der Galaxien schleudern ebenfalls Teilchen hinaus. Die meisten Partikel der kosmischen Strahlung die hier bei uns auf der Erde ankommen, stammen von der Sonne und sind relativ langsam; haben also eine recht niedrige Energie. Es gibt aber immer wieder auch Teilchen mit enorm hohen Energien und deren Herkunft konnte bis jetzt noch nicht zweifelsfrei gekl\u00e4rt werden. Sie k\u00f6nnen nicht einfach durch die normale Turbulenz in einer Sternatmosph\u00e4re ins All hinaus geschleudert werden, denn das reicht nicht aus um sie mit so hohen Energien auszustatten. Auch normale Sternexplosionen sind dazu nicht in der Lage. Da muss schon etwas mit mehr Wumms passieren, zum Beispiel ein Gammablitz<\/a>, also die Explosion eines wirklich gro\u00dfen Sterns. Sie k\u00f6nnen aber auch aus den Kernen aktiver Galaxien stammen, wo riesige schwarze L\u00f6cher gro\u00dfe Mengen an Materie verschlucken, einen Teil aber mit ihrer Gravitationskraft auch einfach nur enorm stark beschleunigen und wieder hinaus ins All schleudern. Die hochenergetische kosmische Strahlung k\u00f6nnte auch bei Kollisionen zwischen Galaxien und den dabei entstehenden Schockwellen (und ja, dieses Wort existiert in der deutschen Sprache wirklich<\/a> und bedeutet zumindest laut Duden das gleiche wie „Sto\u00dfwelle“) im galaktischen Gas produziert werden. Oder aber es sind irgendwelche bisher noch v\u00f6llig unbekannten Prozesse, die den Teilchen eine solche hohe Energie verleihen.<\/p>\n

Sie kommen auf jeden Fall von au\u00dferhalb unserer Milchstra\u00dfe – k\u00f6nnen aber auch nicht zu<\/i> weit entfernt ihren Ursprung haben, denn je weiter weg sie sind, desto gr\u00f6\u00dfer ist die Chance dass sie unterwegs irgendwo von der \u00fcberall im Universum befindlichen kosmischen Hintergrundstrahlung<\/a> wechselwirken und abgeschw\u00e4cht werden. Aber das l\u00e4sst immer noch einen Umkreis von 300 Millionen Lichtjahre zu und es ist genug Platz f\u00fcr Ph\u00e4nomene, die ultrahochenergetische kosmische Strahlung produziert.<\/p>\n

\"Sieht<\/a>
Sieht aus wie ein solarbetriebener Liegestuhl in der W\u00fcste. Ist aber ein solarbetriebener Teilchendetektor in der W\u00fcste (Bild: John Matthews, University of Utah<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Es geht hier um Teilchen mit einer Energie von mindestens einer Trillion Elektronenvolt. Ok, das sind nur 0,00004 Kilokalorien und in unserem menschlichen Alltag entspricht das keiner sehr gro\u00dfen Energiemenge. Aber diese ganze Energie steckt in einem einzigen Proton<\/i>, das sich mit ann\u00e4hernd Lichtgeschwindigkeit bewegt. W\u00fcrde man so ein Ding an den Kopf kriegen, w\u00fcrde sich dieses eine Proton so anf\u00fchlen wie der Treffer mit einem Baseball… Aber zum Gl\u00fcck sind diese ultrahochenergetischen Teilchen recht selten und au\u00dferdem sch\u00fctzt uns ja die Atmosph\u00e4re der Erde. Bevor sie irgendwem an den Kopf knallen k\u00f6nnen, kollidieren sie mit einem der Molek\u00fcle in der Luft und erzeugen einen Schauer anderer Teilchen, so wie bei den Experimenten in einem Teilchenbeschleuniger. Diese neu produzierten Partikel kann man dann auf der Erde in Detektoren messen und daraus berechnen, welche Energie die kosmische Strahlung urspr\u00fcnglich gehabt haben muss. Andere Instrumente beobachten den Himmel und suchen dort die charakteristischen „Blitze“ die entstehen, wenn kosmische Strahlung auf Sauerstoff- oder Stickstoffatome trifft (die man mit freiem Auge aber nicht sehen kann). <\/p>\n

Solche Messungen sind die Aufgabe des Telescope Array Projekts<\/a>, bei dem sich Japan, USA, Russland, S\u00fcdkorea und Belgien zusammengetan und in der W\u00fcste von Utah diverse Messinstrumente aufgestellt haben. Der Vorl\u00e4ufer des Telescope Arrays hat dort 1991 auch das Teilchen mit der bisher h\u00f6chsten gemessenen Energie beobachtet: 300 Trillionen Elektronenvolt. Zwischen 2008 und 2013 hat man den Himmel kontinuierlich vermessen und die Ergebnisse wurden nun publiziert („Indications of Intermediate-Scale Anisotropy of Cosmic Rays with Energy Greater Than 57 EeV in the Northern Sky Measured with the Surface Detector of the Telescope Array Experiment“<\/a>). Man hat sich auf die Teilchen konzentriert, deren Energie gr\u00f6\u00dfer als 57 Trillionen Elektronenvolt ist. Diesen gro\u00dfen Wert hat man gew\u00e4hlt, um sicherzustellen, dass die Flugbahn der Teilchen nicht durch kosmische Magnetfelder verzerrt wird, was um so wahrscheinlicher ist, je geringer ihre Energie ist. In den 5 Jahren wurden insgesamt 72 Teilchen mit solch hohen Energien registriert und eigentlich hatte man erwartet, dass sie gleichm\u00e4\u00dfig aus allen Richtungen zur Erde kommen. Das war aber nicht der Fall: 19 von ihnen kamen aus einer Region im Sternbild „Gro\u00dfer B\u00e4r“ (dort wo sich auch der „Gro\u00dfe Wagen“ befinden). Das kann nat\u00fcrlich Zufall sein, denn bei so wenig Messungen kann es jede Menge statistische Fluktuationen geben. Die Wissenschaftler haben das nachgerechnet und kommen zu dem Schluss, dass es sich mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,986 Prozent nicht um einen Zufall handelt. Das ist \u00fcberzeugend – aber auch nicht sooo \u00fcberzeugend, dass man eine Fluktuation komplett ausschlie\u00dfen kann.<\/p>\n

\"Verteilung<\/a>
Verteilung der gemessenen Energie der kosmischen Teilchen am Himmel – die untere H\u00e4lfte ist deswegen dunkel, weil man nur den Nordhimmel vermessen hat (Bild: Telescope Array Project, 2014<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Interessant ist allerdings, dass dieser „Hotspot“ in der sogenannten supergalaktischen Ebene<\/i> liegt. Unsere Galaxie geh\u00f6rt ja mit mehreren anderen Galaxien zu einem gro\u00dfen „Galaxienhaufen“ der wiederum mit anderen Galaxienhaufen Teil des Virgo-Superhaufens<\/a> ist (siehe dazu auch hier<\/a>). Sonne und Erde befinden sich in den \u00e4u\u00dferen Bereichen der Milchstra\u00dfe und wenn wir genau in Richtung der Ebene der Galaxie blicken, dann sehen wir dort jede Menge Sterne und am Himmel das typische helle Band der Milchstra\u00dfe. Genau so befindet sich unsere Galaxie aber auch am Rande des Virgo-Haufens und der Hotsport ist in etwa dort, wo sich im galaktischen Superhaufen die meisten Galaxien befinden. Die ultrahochenergetische kosmische Strahlung scheint also mit gro\u00dfr\u00e4umigen Struktur des Universums zu korrespondieren. Das ist jetzt keine Mega-\u00dcberraschung, denn aus den Gegenden, in denen sich keine Galaxien befinden, kann auch kaum Strahlung kommen. Aber es ist trotzdem eine interessante Statistik. Und immerhin wissen wir nun, dass die kosmische Strahlung vermutlich doch durch „normale“ Prozesse verursacht wird die mit der normalen, sichtbaren Materie zu tun haben, also Sternen und Galaxien und dabei keine bisher unbekannte, exotische Physik beteiligt ist.<\/p>\n

Die Geschichte endet so, wie viele Geschichten in der Wissenschaft endet: Es braucht mehr Daten! Man muss noch mehr ultrahochenergetische Teilchen vermessen, bessere Statistiken erstellen und gr\u00f6\u00dfere und genauere Detektoren bauen. Und dann wird man irgendwann auch das R\u00e4tsel der kosmischen Strahlung l\u00f6sen! \t\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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