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Neue Hinweise auf den geheimnisvollen Ursprung der kosmischen Strahlung

Das VLT untersucht die Ó?berreste einer mittelalterlichen Supernova

14. Februar 2013

Detaillierte Beobachtungen der Ó?berbleibsel einer Supernova, die vor eintausend Jahren stattgefunden hat, mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben neue Hinweise auf den Ursprung der kosmischen Strahlung geliefert. Erstmals wurden Anzeichen von schnellen Teilchen gefunden, die so etwas wie die VorlÓ?ufer der kosmischen Strahlung sein kÓÆnnten. Die Ergebnisse der Studie erscheint am 14. Februar 2013 in der Fachzeitschrift Science.

Im Jahr 1006 n Chr. leuchtete am SÓÌdhimmel ein neuer Stern auf, der heller als der Planet Venus wurde und vielleicht sogar die Helligkeit des Mondes erreichte. Dieses Ereignis wurde an vielen Orten auf der Welt beobachtet, zumal der neue Stern im Maximum seiner Helligkeit nachts Schatten warf und sogar am Taghimmel sichtbar blieb. Viel spÓ?ter wurde der genaue Ort dieser Supernova, die von den Astronomen die Bezeichnung SN 1006 erhielt, im sÓÌdlichen Sternbild Lupus (der Wolf) identifiziert. An dieser Stelle wurde eine leuchtende Schale aus expandierender Materie entdeckt, die den Ó?berrest der gewaltigen Explosion darstellt.

Schon seit langem vermutet man, dass solche SupernovaÓÌberreste die Orte sind, an denen ein Teil der sogenannten kosmischen Strahlung erzeugt wirdò?? hochenergetische Teilchen, die von auÓ?erhalb des Sonnensystems stammen und sich beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die Details dieses Prozesses sind jedoch immer noch rÓ?tselhaft.

Ein von Sladjana NikoliÔ? vom Max-Planck-Institut fÓÌr Astronomie in Heidelberg [1] geleitetes Astronomenteam hat mit dem Instrument VIMOS am VLT den tausend Jahre alten Supernova-Ó?berrest SN 1006 genauer als je zuvor unter die Lupe genommen. Das Ziel der Forscher war es, herauszufinden, was genau an der Stelle geschieht, an der das bei der Supernova mit hoher Geschwindigkeit herausgeschleuderte Material auf die im Vergleich dazu nahezu stillstehende interstellare Materie trifft. An dieser Stelle bildet sich eine sogenannte Schockfront aus, die sich mit hoher Geschwindigkeit ausdehnt und Ó?hnlichkeit mit dem Ó?berschallknall eines DÓÌsenflugzeugs hat. Sie kÓÆnnte als kosmischer Teilchenbeschleuniger an der Erzeugung der kosmischen Strahlung beteiligt sein.

Dem Team gelang es, erstmals Informationen zur Materie im Schock zu sammeln, und dabei nicht nur an eine Stelle der Schockfront zu vermessen, sondern eine ganze Karte der Eigenschaften des Gases und ihrer rÓ?umlichen Variationen zu erstellen. Daraus ergaben sich wichtige Hinweise auf eine mÓÆgliche LÓÆsung des RÓ?tsels der kosmischen Strahlung.

Zur Ó?berraschung der beteiligten Wissenschaftler gibt es Anzeichen fÓÌr eine groÓ?e Zahl von schnellen Protonen im Gas der Schockregion [2]. Bei diesen Protonen handelt es sich noch nicht um die kosmische Strahlung selbst, sondern um VorlÓ?uferteilchen (engl. ò??seed particlesò??), die anschlieÓ?end durch Wechselwirkung mit der Schockfront auf die erforderlichen hohen Energien beschleunigt werden und als Teilchenstrahlung hinaus in den Raum fliegen kÓÆnnen.

NikoliÔ? erklÓ?rt: ò??Dies ist das erste Mal, dass wir die physikalischen Prozesse in und um die Schockregion genauer untersuchen konnten. Wir haben dabei Hinweise auf die Existenz einer Region gefunden, die offenbar auf genau jene Weise erwÓ?rmt wird, wie man es erwarten wÓÌrde, wenn dort Protonen existieren, welche die Energie aus direkt hinter der Schockfront gelegenen Regionen in die Bereiche direkt vor dem Schock transportieren.ò??

Bei der Studie wurde erstmals ein Integralfeld-Spektrograf [3] verwendet, um die Eigenschaften einer Supernova-Schockfront derart detailliert zu untersuchen. Das Team plant nun, die Methode auch bei anderen SupernovaÓÌberresten anzuwenden.

Ko-Autor Glenn van de Ven vom Max-Planck-Institut fÓÌr Astronomie fÓÌgt hinzu: ò??Diese neuartige Beobachtungstechnik kÓÆnnte sich als SchlÓÌssel erweisen um herauszufinden, wie Supernova-Ó?berreste kosmische Strahlung erzeugen.ò??

Endnoten

[1] Die neuen Hinweise ergaben sich wÓ?hrend der Analyse der Beobachtungsdaten durch Sladjana NikoliÔ? vom Max-Planck-Institut fÓÌr Astronomie im Rahmen ihrer laufenden Promotionsarbeit an der UniversitÓ?t Heidelberg.

[2] Diese Protonen bezeichnet man als suprathermisch, da sie sich viel schneller bewegen als man allein an Hand der Temperatur der Materie erwarten wÓÌrde.

[3] MÓÆglich wurde dies durch ein Bauteil von VIMOS, die sogenannte Integral Field Unit. Dort wird das Licht, das auf jeden Pixel fÓ?llt, in seine Spektralfarben zerlegt. Jedes dieser Spektren wird dann registriert. Bei der anschlieÓ?enden Analyse kÓÆnnen so zum Beispiel rÓ?umlich aufgelÓÆste Karten der Geschwindigkeitsverteilung oder der chemischen Zusammensetzung des beobachteten Objekts gewonnen werden.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von NikoliÔ? et al., erscheinen amÒš 14. Februar 2013 unter dem Titel ò??An Integral View of Fast Shocks around Supernova 1006ò?? in der Online-Version der Fachzeitschrift Science.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Sladjana NikoliÔ? (Max-Planck-Institut fÓÌr Astronomie [MPIA], Heidelberg), Glenn van de Ven (MPIA), Kevin Heng (UniversitÓ?t Bern, Schweiz), Daniel Kupko (Leibniz-Institut fÓÌr Astrophysik, Potsdam [AIP]), Bernd Husemann (AIP), John C. Raymond (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA), John P. Hughes (Rutgers University, Piscataway, USA), JesÓÊs Falcon-Barroso (Instituto de AstrofÓ-sica de Canarias, La Laguna, Spanien).

Die EuropÓ?ische SÓÌdsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die fÓÌhrende europÓ?ische Organisation fÓÌr astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 MitgliedslÓ?nder: Belgien, Brasilien, DÓ?nemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Ó?sterreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte KÓÆnigreich. Die ESO ermÓÆglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfÓ?hige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der FÓÆrderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maÓ?gebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfÓ?higste Observatorium fÓÌr Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope fÓÌr Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das grÓÆÓ?te Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, wÓ?hrend das VLT Survey Telescope (VST) fÓÌr Himmelsdurchmusterungen ausschlieÓ?lich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europÓ?ische Partner fÓÌr den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das grÓÆÓ?te astronomische Projekt ÓÌberhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein GroÓ?teleskop mit 39 Metern Durchmesser fÓÌr Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das grÓÆÓ?te optische Teleskop der Welt werden wird: das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

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