Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein außergewöhnlich kraftvolles Trio in der Großen Magellanschen Wolke

23.01.2015

Einmal mehr hat das Gammastrahlen-Observatorium H.E.S.S. sein Entdeckerpotenzial unter Beweis gestellt. In der Großen Magellanschen Wolke entdeckte es extrem leuchtstarke Höchstenergie-Gammastrahlenquellen: es handelt sich um drei verschiedenartige Objekte, nämlich den stärksten Pulsarwindnebel, den stärksten Supernova-Überrest und eine 270 Lichtjahre große Schale, aufgeblasen von mehreren Supernovae und Sternen – eine sogenannte Superschale. Damit gelang es zum ersten Mal, in einer fremden Galaxie gleich mehrere sternähnliche Gammastrahlenquellen bei höchsten Energien zu beobachten. Zugleich ist die Superschale der erste Vertreter einer neuen Klasse von Höchstenergie-Gammastrahlenquellen.

Kosmische Beschleuniger, vor allem Supernova-Überreste und Pulsarwindnebel, also Endprodukte massereicher Sterne, machen sich durch höchstenergetische Gammastrahlen bemerkbar. Dort werden geladene Teilchen auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigt.


Optisches Bild der Milchstraße und ein Kompositbild (optisch, Hα) der Großen Magellanschen Wolke mit darübergelegten H.E.S.S.-Himmelskarten.

Milchstraße: H.E.S.S.-Kollaboration, opt: SkyView, Mellinger; LMC: H.E.S.S.-Kollaboration, http://dirty.as.arizona.edu/~kgordon/research/mc/mc.html, Hα: Kennicutt et al. (2001), opt: (B-Band): Bothun

Wenn sie auf das umgebende Medium – entweder interstellares Gas oder Licht – treffen, entsteht Gammastrahlung. Höchstenergetische Gammastrahlen aus dem Kosmos können am Erdboden gemessen werden. Beim Eintritt in die Atmosphäre verursachen sie Kaskaden geladener Sekundärteilchen, sogenannte Teilchenschauer. Diese emittieren extrem kurze bläuliche Lichtblitze (Tscherenkow-Licht), die mit großen Spiegelteleskopen und schnellen Lichtsensoren beobachtbar sind.

Die Große Magellansche Wolke (LMC) ist eine Zwerg-Satellitengalaxie unserer Milchstraße in einer Entfernung von ungefähr 170.000 Lichtjahren, die wir als Scheibe sehen. In ihr entstehen ständig neue massereiche Sterne, und sie beherbergt zahlreiche massereiche Sternhaufen. Die Rate, mit der neue massive Sterne gebildet werden und am Ende ihres Lebens als Supernovae explodieren, ist in der LMC im Verhältnis zu ihrer Sternmasse ist fünf Mal höher als in der Milchstraße.

Der jüngste Supernova-Überrest in unserer lokalen Galaxiengruppe, SN 1987A, befindet sich ebenfalls in der LMC. Nicht zuletzt deshalb beobachten die Wissenschaftler der H.E.S.S.-Kollaboration dieses kosmische Objekt ausgiebig, auf der Suche nach höchstenergetischer Gammastrahlung, über die man den Aufbau der Teilchenbeschleunigung in der jungen Sternexplosion zu verstehen hofft.

Insgesamt 210 Stunden haben die Astrophysiker die H.E.S.S.-Teleskope auf die größte Sternbildungsregion in der LMC, bekannt als Tarantelnebel, gerichtet. Dabei gelang es ihnen zum ersten Mal, mehrere Quellen höchstenergetischer Gammastrahlung in einer Galaxie außerhalb der Milchstraße aufgelöst abzubilden: drei verschiedenartige, extrem energiereiche Objekte.

Bei der sogenannten Superschale 30 Dor C handelt es sich um die größte bekannte Röntgenstrahlung emittierende Schale, die wohl durch mehrere Supernova-Explosionen und starke Sternenwinde entstanden ist. Superschalen werden als Produzenten galaktischer kosmischer Strahlung diskutiert – zusätzlich oder alternativ zu einzelnen Supernova-Überresten. Die Ergebnisse von H.E.S.S. zeigen, dass diese Superschale eine Quelle hochenergetischer Teilchen ist, mit denen sie gefüllt ist. 30 Dor C ist der erste Vertreter einer neuen Klasse von Höchstenergie-Gammastrahlenquellen.

Pulsare sind hoch magnetisierte, schnell rotierende Neutronensterne, die einen Wind ultrarelativistischer Teilchen emittieren und so einen Nebel bilden. Das bekannteste Exemplar ist der Krebsnebel, eine der hellsten Quellen am Hochenergie-Gammahimmel. Der Pulsar PSR J0537−6910 mit seinem Nebel N 157B, den die H.E.S.S.-Teleskope in der LMC entdeckt haben, ist in vielerlei Hinsicht ein Zwilling des sehr starken Krebspulsars in unserer eigenen Galaxis. Allerdings leuchtet sein Pulsarwindnebel N 157B im höchstenergetischen Gammalicht um eine Größenordnung heller als der Krebsnebel. Verantwortlich dafür ist das schwächere Magnetfeld in N 157B und das intensive Sternenlicht aus benachbarten Sternbildungsgebieten, die beide die Erzeugung hochenergetischer Gammastrahlung fördern.

Der Supernova-Überrest N 132D, als ein helles Objekt im Radiowellen- und Infrarotbereich bekannt, scheint einer der ältesten – und stärksten – Supernova-Überreste zu sein, der noch im höchstenergetischen Gammalicht leuchtet. Er ist zwischen 2500 und 6000 Jahre alt und immer noch heller als die stärksten Supernova-Überreste in der Milchstraße, obwohl Modelle vorhersagen, dass in diesem Alter die Supernova-Explosionsfront schon so langsam sein sollte, dass sie kein effizienter Teilchenbeschleuniger mehr ist. Die Ergebnisse bestätigen die Vermutung aus anderen Beobachtungen mit H.E.S.S., dass Supernova-Überreste wesentlich leuchtstärker sein können als bisher angenommen.

Sich teilweise überlappend und an der Nachweisgrenze des Instruments waren diese neuen Quellen eine Herausforderung für die H.E.S.S.-Wissenschaftler. Die Entdeckungen gelangen ihnen nur mit neu entwickelten Methoden zur Interpretation der von den Teleskopen aufgenommenen Tscherenkow-Bilder. So konnten sie insbesondere die Genauigkeit bei der Bestimmung der Richtung, aus der die Gammastrahlen kommen, verbessern.

„Sowohl der Pulsarwindnebel als auch der Supernova-Überrest, die H.E.S.S. in der Großen Magellanschen Wolke entdeckt hat, sind energiereicher als ihre stärksten Verwandten in der Milchstraße. Offensichtlich sorgt die hohe Sternbildungsrate in der LMC dafür, dass dort äußerst extreme Objekte entstehen”, fasst Chia Chun Lu zusammen, die in ihrer Dissertation die LMC-Daten ausgewertet hat. „Überraschenderweise zeigte sich der junge Supernova-Überrest SN 1987A jedoch nicht, trotz entsprechender theoretischer Vorhersagen. Aber wir werden weiter danach suchen”, ergänzt ihr Doktorvater Werner Hofmann, Direktor am MPI für Kernphysik in Heidelberg und langjähriger Sprecher der H.E.S.S.-Kollaboration.

Das neue 28-m-H.E.S.S. II-Teleskop steigert die Leistungsfähigkeit des H.E.S.S.-Teleskopsystems, und in Zukunft wird das geplante Cherenkov Telescope Array (CTA) noch empfindlichere und höher aufgelöste Gammalicht-Bilder der LMC liefern – in den Wissenschafts-Planungen für CTA ist unsere Satellitengalaxie bereits als ein wichtiges Projekt enthalten.

Das High Energy Stereoscopic System

In der H.E.S.S.-Kollaboration arbeiten Wissenschaftler aus Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Namibia, Südafrika, Irland, Armenien, Polen, Australien, Österreich, den Niederlanden und Schweden zusammen, die von ihren jeweiligen Ländern und Institutionen unterstützt werden.

Die H.E.S.S.-Teleskope stehen in Namibia, im Südwesten Afrikas. Das System aus vier 13-m-Teleskopen, das kürzlich mit dem riesigen 28-m-H.E.S.S. II-Teleskop ergänzt wurde, ist einer der empfindlichsten Detektoren für höchstenergetische Gammastrahlen. Bei deren Eintritt in die Erdatmosphäre entstehen kurzlebige Teilchenschauer. Die H.E.S.S.-Teleskope registrieren die schwachen bläulichen Blitze, die die Teilchenschauer aussenden (genannt Tscherenkow-Licht, einige Nanosekunden kurz), indem sie das Licht mit ihren großen Spiegeln sammeln und es auf die extrem empfindlichen Kameras reflektieren. Jedes Bild zeigt die Himmelsposition eines einzelnen Gammaphotons, und die gesammelte Lichtmenge entspricht seiner Energie. Photon für Photon kann H.E.S.S. so Karten der astronomischen Objekte im Gammalicht erstellen.

Die H.E.S.S.-Teleskope sind seit Ende 2002 in Betrieb; zum 10-jährigen Jubiläum im September 2012 hatten die Teleskope in 9415 Beobachtungsstunden 6361 Millionen Luftschauer gemessen. H.E.S.S. hat die Mehrheit der etwa 150 bekannten kosmischen Objekte, die höchstenergetische Gammastrahlen emittieren, entdeckt. 2006 erhielt das H.E.S.S.-Team den Descartes-Preis der Europäischen Kommission und 2010 den Rossi-Preis der American Astronomical Society. 2009 reihte eine Studie H.E.S.S. in die Liste der 10 wichtigsten Observatorien weltweit ein.

Originalpublikation:

The exceptionally powerful TeV γ-ray emitters in the Large Magellanic Cloud, H.E.S.S. Collaboration (corresponding authors: j.vink@uva.nl, nukri.komin@wits.ac.za, chia-chun.lu@mpi-hd.mpg.de, michael.mayer@physik.hu-berlin.de, stefan.ohm@desy.de), Science 347, DOI: 10.1126/science.1261313 (23.01.2015)

Kontakt:

Prof. Dr. Werner Hofmann
MPI für Kernphysik, Heidelberg
E-Mail: werner.hofmann@mpi-hd.mpg.de
Tel: +496221 516330

Prof. Dr. Christian Stegmann (Sprecher der H.E.S.S.-Kollaboration)
DESY Zeuthen
E-Mail: christian.stegmann@desy.de
Tel: +4933762 77416

Weitere Informationen:

http://www.mpi-hd.mpg.de/HESS - H.E.S.S.-Homepage
http://www.mpi-hd.mpg.de/HESS/pages/about/ - H.E.S.S-Instrumen

Dr. Bernold Feuerstein | Max-Planck-Institut für Kernphysik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise