Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Supernova als Quelle kosmischer Strahlung

03.11.2004


Zwei der vier H.E.S.S.-Teleskope im Khomas Hochland von Namibia, etwa 1.800 Meter über dem Meeresspiegel. Das Gesamtsystem von vier Teleskopen ist seit Ende 2003 komplett im Betrieb. Die Spiegel von jeweils 13 Meter Durchmesser bestehen aus 380 Einzelelementen, welche die von den Gammaquanten erzeugten Cherenkov-Lichtblitze auf den Detektor ("Kamera") bündeln. Eingeblendet ist ein Bild von Viktor F. Hess. Im Hintergrund sieht man den berühmten Gamsberg in Namibia.

Bild: Max-Planck-Institut für Kernphysik


Gamma-Bild des Supernova-Überrests RX J1713.7-4946 im Sternbild Scorpio, erzeugt mit den H.E.S.S.-Teleskopen. Hierbei handelt es sich um die erste astronomische Aufnahme, die im Licht der Teraelektronenvolt-Gammastrahlung gemacht werden konnte. Die lineare Farbskala der Säule rechts ist in Einheiten der Zahl von gemessenen Gamma-Ereignissen . Die über das Gamma-Bild gelegten linear ansteigenden Konturlinien zeigen die Flächendichte der Röntgen-Helligkeit, wie sie der ASCA-Satellit im Energiebereich von 1-3 Kiloelektronenvolt mit ähnlicher Winkelauflösung wie H.E.S.S. gesehen hat. Dies erlaubt einen direkten Vergleich der beiden Bilder. Das Objekt hat einen zweifach größeren Durchmesser als der Mond am Himmel.

Bild: Max-Planck-Institut für Kernphysik


H.E.S.S.-Forscherteam identifiziert erstmals Supernova-Explosionswolke als Quelle hochenergetischer Kosmischer Strahlung


Die Erdatmosphäre wird ständig von einem Strom hochenergetischer nuklearer Teilchen aus dem Weltraum, der Kosmischen Strahlung, getroffen. Doch trotz intensiver Suche ist es bisher nicht gelungen, die Quellen dieser Teilchen zu finden. Man vermutet sie in Sternexplosionen, den so genannten Supernovae. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg um Prof. Heinrich Völk und Prof. Werner Hofmann haben jetzt derartige Supernovae im Licht hochenergetischer Gammastrahlung untersucht - gemeinsam mit Kollegen aus deutschen Universitäten, ausländischen Forschungsinstituten aus Frankreich und anderen europäischen Ländern sowie aus Namibia, Südafrika und Armenien. Dabei gelang ihnen mit dem gerade in Betrieb genommene H.E.S.S.-Teleskop (High Energy Stereoscopic System) in Namibia, eine derartige Quelle der Kosmischen Strahlung nachzuweisen. Die Gammastrahlung kommt aus der Explosionswolke einer Supernova und ist - wie erwartet - auf deren äußere Schale konzentriert. Dieser Fund bestätigt die Meldung einer japanisch-australischen Gruppe, die erste Anzeichen einer solchen Quelle vor einigen Jahren veröffentlicht hatte. Mit dem H.E.S.S.-Teleskop war es nun zum ersten Mal möglich, ein räumlich hoch aufgelöstes Gamma-Bild dieser Quelle zu erzeugen. Diese hat die doppelte Größe des Vollmonds am Himmel, ihr Energie-Spektrum ist konsistent mit den heutigen Vorstellungen über die Beschleunigung atomarer Teilchen in den Überresten von Supernovae (Nature, 4. November 2004).

Die Kosmische Strahlung wurde 1912 von dem österreichischen Physiker Viktor F. Hess entdeckt, der dafür 1936 den Nobelpreis erhielt. Diese Teilchenstrahlung trifft nicht nur auf die Raumfahrzeuge außerhalb der Atmosphäre, sondern dringt zum kleineren Teil bis hinunter zum Erdboden vor. Auf ihrem Weg erzeugt sie Störsignale in allen technischen Geräten, die gegen ionisierende Strahlung empfindlich sind, und ist ein Langzeit-Risiko für das Personal auf interkontinentalen Flügen. Allgemein gilt die ionisierende Wirkung der Kosmischen Strahlung über das gesamte Erdalter hinweg als einer der Motoren, die durch genetische Veränderungen in Pflanzen und Tieren die Entwicklung des Lebens auf der Erde vorantreiben. Zugleich zeigen Beobachtungen der Gammastrahlung aus der uns umgebenden Galaxis, der Milchstrasse, dass die Kosmische Strahlung praktisch überall existiert.


Da die Teilchen der Kosmischen Strahlung zum allergrößten Teil elektrisch geladen sind, werden sie durch die Magnetfelder im interstellaren Raum abgelenkt, so dass man aus ihrer Ankunftsrichtung nicht mehr auf ihre ursprüngliche räumliche Herkunft schließen kann. Um ein "Bild" der Teilchenquelle erzeugen zu können, muss man also elektrisch neutrale Strahlung, wie zum Beispiel Gamma-Teilchen, registrieren, die zusammen mit der geladenen Strahlungskomponente erzeugt werden. Ihre Ankunftsrichtung zeigt wie ein Lichtsignal auf die Quelle zurück, so dass man diese identifizieren kann. Deshalb benutzt man seit mehr als zwei Jahrzehnten Teleskope der Gamma-Astronomie.

Die Heidelberger Max-Planck-Wissenschaftler haben deshalb mit ihren Kollegen ganz spezielle erdgebundene Gammastrahlungs-Teleskope entwickelt und gebaut, um unter anderem auch die Quellen der Gammastrahlung aus Supernovae zu finden. Das erste Experiment dieser Art entstand unter dem Namen "HEGRA" auf La Palma und besteht aus fünf so genannten Cherenkov-Teleskopen, die ein Objekt gleichzeitig beobachten. Mit HEGRA gelang der Nachweis einer solchen Quelle in dem Supernova-Überrest Cassiopeia A im Sternbild Cassiopeia. Diese Beobachtung stimmte im Detail mit den Vorhersagen aus theoretischen Berechnungen und den Erwartungen an Supernova-Quellen überein. Allerdings war bislang kein anderes Teleskop auf der Nordhalbkugel empfindlich genug, um dieses Resultat zu bestätigen. Deshalb ist es wichtig, dass man diese Quelle mit neu entstehenden Teleskopen auf der Nordhalbkugel im Einzelnen untersucht, wie etwa dem MAGIC-Teleskop auf La Palma, an dem Forscher des Max-Planck-Instituts für Physik in München maßgeblich beteiligt sind.

Mit dem mittlerweile in Namibia auf der südlichen Halbkugel in Afrika aufgebauten, zehnmal empfindlicheren Nachfolge-Experiment H.E.S.S., einem koinzidenten System vom vier wesentlich größeren Teleskopen, war es nun möglich, schon während der Aufbauphase Ende 2003 den Supernova-Überrest mit dem Katalognamen RX J1713.7-3946 nicht nur bei sehr hohen Gamma-Energien von etwa 1012 Elektronenvolt (= 1 TeV) zu entdecken, sondern erstmals davon auch eine zweidimensionale Karte mit einer Winkelauflösung im Bogenminuten-Bereich zu erzeugen (siehe Abb. 2).

Der Supernova-Überrest wurde bereits 1996 von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching mit dem Röntgen-Satelliten ROSAT bei einer etwa eine Milliarde Mal kleineren Energie entdeckt. Das neue Gamma-Bild stimmt erstaunlich gut mit den inzwischen auch verfeinerten Röntgenbildern überein. Da die Gammaquanten nur von geladenen Teilchen noch höherer Energie erzeugt werden können, zeigt die Entdeckung mit dem H.E.S.S.-Teleleskop eindeutig, dass in dieser Quelle die geladenen Teilchen tatsächlich auf Energien von über 100 TeV beschleunigt werden. Allerdings stellt sich diese Quelle als ein komplexes astronomisches Objekt heraus. Deshalb bedarf es noch weiterer Untersuchungen dieser Himmelserscheinung insbesondere im Radiobereich, um sicher sagen zu können, dass sie nicht nur höchstenergetische Elektronen, sondern auch nukleare Teilchen dieser Energien erzeugt.

"Das erste Bild eines Supernova-Überrests im Bereich von Teraelektronenvolt ist ein wichtiger Schritt, um die Frage nach dem Ursprung der galaktischen Kosmischen Strahlung zu beantworten. Gleichzeitig markiert diese Entdeckung den erfolgreichen Start einer neuen astronomischen Abbildungstechnik bei Photonenenergien, die um einige zwölf Größenordnungen höher sind als die des sichtbaren Lichts," sagt Prof. Heinrich Völk, Direktor der Abteilung "Astrophysik" am Max-Planck-Institut für Kernphysik.

Originalveröffentlichung:

Aharonian, F.A. et al. (H.E.S.S. Collaboration), "Direct Evidence for high-energy particle acceleration in the shell of a supernova remnant", Nature, 4 November 2004

Aharonian, F.A. et al. (HEGRA Collaboration), "Evidence for TeV gamma ray emission from Cassiopeia A", Astron. & Astrophys., vol. 370, p. 112-120, 2001

Berezhko, E.G., Pühlhofer, G. & Völk, H.J., "Gamma-ray emission from Cassipeia A produced by accelerated cosmic rays", Astron. & Astrophys., vol. 400, p. 971-980, 2003

Berezhko, E.G. & Völk, H.J., "Direct evidence of efficient cosmic ray acceleration and magnetic field amplification in Cassiopeia A", Astron. & Astrophys., vol 419, L27-L30, 2004

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Heinrich Völk
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Tel.: 06221 516-295, Fax: -549
E-Mail: Heinrich.Voelk@mpi-hd.mpg.de

Prof. Werner Hofmann
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Tel.: 06221 516-330, Fax: -603
E-Mail: Werner.Hofmann@mpi-hd.mpg.de

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

Weitere Berichte zu: Cassiopeia Gammastrahl Strahlung Supernova Völk

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie