Wie transparent ist das Universum?

Ihre Entdeckung, an der auch Wissenschaftler der Universität Würzburg beteiligt waren, wirft neue Fragen über die Gestalt des Weltalls auf. Das Wissenschaftsmagazin Science berichtet in seiner aktuellen Ausgabe über die Arbeit.

Die Strahlen hatten eine lange Reise hinter sich: Vor fünf Milliarden Jahren haben sie den Quasar 3C279 verlassen; im Frühjahr 2006 trafen sie auf der Erde ein – und wurden dort prompt entdeckt. Mit MAGIC, dem Teleskop, das in einer Höhe von 2200 Metern auf dem Gipfel des Roque des los Muchachos auf der Kanarischen Insel La Palma steht, ist der Nachweis gelungen – wenn auch nur indirekt.

MAGIC steht für Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov. Bei dem Teleskop handelt es sich um das weltweit größte, so genannte „Luft-Tscherenkow-Teleskop“. Mit seiner Spiegeloberfläche von 239 Quadratmetern ist es in der Lage, sehr energiereiche Gammastrahlen aufzuspüren. Dazu müssen sich die Wissenschaftler allerdings eines Tricks bedienen: Wenn die Strahlen auf die Erdatmosphäre treffen, lösen sie eine Art Teilchenlawine aus. Diese Teilchen kann MAGIC sehen, weil sie für die Dauer von wenigen Nanosekunden eine blaue Strahlung aussenden; aus der Gestalt der Lawine können die Wissenschaftler am Computer Ursprungsenergie und -richtung der Gammastrahlen errechnen.

17 Einrichtungen aus mehreren Ländern Europas sind an dem Betrieb von MAGIC beteiligt. Würzburg ist dort mit dem Lehrstuhl für Astronomie und dessen Inhaber Professor Karl Mannheim vertreten und für das Antriebssystem sowie für ein Datenzentrum verantwortlich. Vor vier Jahren hat das Teleskop den Betrieb aufgenommen; Strahlen aus einem so weit entfernten Bereich des Universums hat es erst 2006 entdeckt.

Eine Reise durch das halbe Universum

„Der Quasar 3C279 ist mehr als fünf Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt – das ist annähernd die Hälfte der heutigen Ausdehnung des gesamten Universums“, erklärt Karl Mannheim. Was aber noch wichtiger ist: Die Gammastrahlen, die der Quasar aus seiner Mitte aussendet, haben mehr als zwei Mal soviel Wegstrecke zurückgelegt wie vergleichbare Strahlen bisher beobachteter Objekte.

Die Astronomen stellt dieser Befund vor ein Rätsel: „Normalerweise wechselwirken diese Gammastrahlen mit den Photonen des durch zahlreiche ferne Galaxien verursachten extragalaktischen Hintergrundlichts und gehen dadurch verloren“, sagt Mannheim. Eine Strecke von fünf Milliarden Lichtjahren sollten sie deshalb eigentlich gar nicht zurücklegen können.

Dass sie es dennoch geschafft haben, hat Konsequenzen: „Wir müssen möglicherweise unsere Theorie über die Strukturbildung im Universum und die damit einhergehende Entstehung des Hintergrundlichts modifizieren“, so der Astronom. Ob es dazu kommt, soll sich in absehbarer Zeit zeigen: Mitte September wird MAGIC-II den Betrieb aufnehmen und gemeinsam mit seinem Vorgänger die Empfindlichkeit der Messungen um das Dreifache erhöhen. Kombiniert mit den Daten des kürzlich gestarteten Satellitenobservatoriums GLAST erwarten die Physiker weiteren Aufschluss über die genaue Form des emittierten Spektrums. Dann soll sich zeigen, ob das Universum tatsächlich transparenter ist als viele Wissenschaftler bisher geglaubt haben.

„Very-High-Energy Gamma Rays from a Distant Quasar: How Transparent Is the Universe?“ The MAGIC Collaboration: J. Albert, K. Mannheim et al. Science 27 June 2008, Vol. 320. no. 5884, pp. 1752 – 1754, DOI: 10.1126/science.1157087

Kontakt: Prof. Dr. Karl Mannheim, T: (0931) 888 5031, E-Mail: mannheim@astro.uni-wuerzburg.de