Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Anti-Elektronen in der Galaxis

10.01.2008
Forscher entdecken mit dem Satelliten INTEGRAL eine ungleiche Verteilung von Positronen und vermuten Röntgendoppelsterne als ihre Quellen

Alles hat zwei Seiten - auch die Materie: So existiert zu jedem Elementarteilchen ein Antiteilchen mit derselben Masse, aber der entgegengesetzten elektrischen Ladung. Zwar haben die Astronomen bisher nirgendwo im Weltall die in der Science-Fiction-Literatur viel beschworene Antimaterie entdeckt, wohl aber einen ihrer Bausteine: das Gegenstück zum Elektron, das sogenannte Positron. Jetzt zeigen Beobachtungen mit dem europäischen Satelliten INTEGRAL, dass diese positiv geladenen Partikel innerhalb unseres Milchstraßensystems ungleich verteilt sind - im Westen der zentralen Region wurden entlang der galaktischen Scheibe etwa doppelt so viele Positronen gefunden wie im Osten. Eine ähnliche Verteilung fanden die Forscher um Georg Weidenspointner vom Garchinger Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik für eine Population von Röntgendoppelsternen. Offenbar stammt also ein Großteil der Positronen aus dieser Quelle (Nature, 10. Januar 2008).


Ungleichgewicht: Die Karte (oben) zeigt den gesamten Himmel im Licht der 511 keV-Strahlung; in der Mitte das Zentrum der Milchstraße. Die Strahlung aus der westlichen galaktischen Scheibe ist deutlich heller als die aus der östlichen. Ein sehr ähnliches Bild ergibt die Verteilung der massearmen Röntgendoppelsterne (Karte unten). Forscher schließen daraus auf einen Zusammenhang von Sternen und Strahlung. Bild: Weidenspointner et al., Nature, 10. Januar 2008

Beim Nachweis der Positronen kommt den Wissenschaftlern gleichsam ein Knalleffekt zu Hilfe: Wenn ein Antiteilchen auf sein Gegenstück der normalen Materie trifft, löschen sich beide gegenseitig aus. Die bei diesem Annihilation genannten Prozess in Form von Gammastrahlung freigesetzte Energie entspricht der Masse des Teilchen-Antiteilchen-Paares. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Annihilation von Elektron und Positron in zwei Gammaquanten der charakteristischen Energie von 511.000 Elektronenvolt (511 keV).

Die Existenz von Positronen in den zentralen Regionen unserer Galaxis wurde bereits vor etwa 30 Jahren entdeckt. Detektoren für Gammastrahlung, von Ballons an den oberen Rand der Erdatmosphäre getragen, registrierten die charakteristische Strahlung bei 511 keV aus der ungefähren Richtung des galaktischen Zentrums. Der Ursprung der Positronen blieb jedoch rätselhaft und wird seither lebhaft diskutiert.

Einer der Theorien zufolge entstammen die Positronen dem Zerfall von radioaktiven Kernen, die in großer Zahl in stellaren Explosionen (Supernovae) entstehen. Besondere Bedeutung kommt dabei dem radioaktiven Isotop 56Co (Cobalt) mit einer Halbwertszeit von etwa 77 Tagen zu. Es ist jedoch noch umstritten, ob die bei dessen Zerfall erzeugten Positronen in ausreichender Anzahl die Überreste des explodierten Sterns verlassen können, um die beobachtete Verteilung der 511 keV Strahlung zu erklären. Ein anderes wichtiges radioaktives Isotop ist 26Al (Aluminium) mit einer Halbwertszeit von etwa einer Million Jahren, das vor allem von massereichen Sternen erzeugt wird. Doch auf das Konto von 26Al gehen nach neuesten Messungen nur etwa ein Viertel der in unserer Galaxis beobachteten Positronen.

Deshalb haben einige Theoretiker vorgeschlagen, die Positronen entstünden bei der Annihilation oder dem radioaktiven Zerfall von Teilchen der rätselhaften dunklen Materie. Sie sollte sich sphärisch um das Zentrum unserer Galaxis sammeln und würde damit auf einfache Weise erklären, warum die Positronen vor allem in dieser Region beobachtet werden.

Jetzt haben die Wissenschaftler mit INTEGRAL den entscheidenden Hinweis gefunden, dass auch die sphärisch verteilte dunkle Materie nicht die Hauptquelle der Positronen sein kann: Westlich der zentralen Region unserer Galaxis wurde etwa doppelt so starke 511 keV-Strahlung entlang der galaktischen Scheibe beobachtet wie östlich davon. Eine solch ungleiche Verteilung erscheint sehr überraschend, weil in der inneren Galaxis sowohl Gas als auch Sterne relativ gleichmäßig verteilt sind.

Interessanterweise zeigen aber die bisher mit INTEGRAL im Licht der harten (hochenergetischen) Röntgenstrahlung gefundenen sogenannten massearmen Röntgendoppelsterne eine ähnlich ungleiche Verteilung wie die charakteristische 511 keV-Strahlung. "Diese Übereinstimmung legt die Vermutung nahe, dass diese Röntgendoppelsterne für einen wesentlichen Anteil der Positronen in unserer Galaxis sorgen - sowohl in der Zentralregion als auch in der Scheibe", sagt Georg Weidenspointner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik.

Ein massearmer Röntgendoppelstern ist ein System, in dem ein sonnenähnlicher Stern und ein kompaktes stellares Objekt (ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch) einander in relativ geringem Abstand umkreisen. Die Gravitation des kompakten Objekts ist dabei so stark, dass es Gas von seinem Begleiterstern absaugt. Das Gas stürzt jedoch nicht direkt auf das kompakte Objekt, sondern umkreist es zunächst in einer Akkretionsscheibe. Dabei erhitzt sich das Gas durch innere Reibung derart stark, dass es im harten Röntgenlicht hell aufleuchtet. Bei diesem Prozess kann die Intensität der Strahlung so hoch werden, dass aus der Energie zweier Lichtteilchen ein Elektron-Positron-Paar entsteht - der umgekehrte Prozess der Annihilation von Elektron und Positron.

"Einfache Abschätzungen zeigen, dass die Positronen in unserer Galaxis mindestens zur Hälfte von massearmen Röntgendoppelsternen erzeugt werden", sagt Georg Weidenspointner. Die andere Hälfte könnte durch einen ähnlichen Prozess der Massenakkretion vom supermassiven schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis stammen oder aus Sternexplosionen in der zentralen Region.

INTEGRAL ist für absehbare Zeit das einzige Observatorium, mit dem sich sowohl die charakteristische 511 keV-Strahlung als auch die massearmen Röntgendoppelsterne beobachten lassen. In den kommenden Jahren werden Weidenspointner und seine Kollegen versuchen, ihre Ergebnisse zu erhärten und zu verfeinern.

Originalveröffentlichung:

Georg Weidenspointner, Gerry Skinner, Pierre Jean, Jürgen Knödlseder, Peter von Ballmoos, Giovanni Bignami, Roland Diehl, Andrew W. Strong, Bertrand Cordier, Stéphane Schanne & Christoph Winkler
An asymmetric distribution of positrons in the Galactic disk revealed by γ-rays
Nature, 10. Januar 2008

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Galaxis Integral Röntgendoppelstern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schreiben mit dem Elektronenstrahl: Jetzt auch Nanostrukturen aus Silber
24.07.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Quantenkommunikation in freier Luft nimmt Fahrt auf
24.07.2017 | Österreichische Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie