Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Geheimnis kosmischer Geschosse entschlüsselt

03.03.2016

LOFAR empfängt normalerweise Radiowellen aus dem fernen Universum. Gelegentlich sind es aber auch starke Radiopulse von extrem kurzer Dauer, irgendwo zwischen Kurzwelle und UKW. Im Autoradio wären solche Signale als kurzes Knacken hörbar. Normalerweise überhört, sind sie der letzte Hilferuf von Elementarteilchen, die mit fast Lichtgeschwindigkeit auf die Erdatmosphäre treffen, abgefeuert vor Millionen von Jahren von einem kosmischen Beschleuniger.
Einem Team unter Beteiligung von Forschern des „German Long Wavelength Consortium” (GLOW) ist es gelungen, die Botschaft dieser kosmischen Eindringlinge zu entschlüsseln, und Erkenntnisse über ihre Herkunft und physikalische Natur zu gewinnen.

Supernova-Explosionen, sterbende Sterne, Schwarze Löcher. Alle diese Phänomene wurden bereits als Quellen zur Erklärung der kosmischen Teilchenstrahlung herangezogen. Aber tatsächlich kennt bisher noch keiner eindeutig den Ursprung dieser Strahlung.


Luftschauer nach Simulationen mit dem CORSIKA-Programm, dargestellt auf einem Foto der Zentralstation(“Superterp”) des Radioteleskop-Netzwerks LOFAR in der Nähre von Exloo in den Niederlanden.

ASTRON/KIT/Radboud


Internationales LOFAR-Teleskop (ILT) mit der Zentralstation nahe Exloo (Niederlande), weitere Stationen in den Niederlanden, Deutschland, Polen, Großbritannien, Schweden und Frankreich.

LOFAR

Teilchen der kosmischen Strahlung sind Elementarteilchen, deren Energie bis zu einer Million mal größer ist als in den leistungsfähigsten Teilchenbeschleunigern auf der Erde. Sie treffen als Geschosse mit fast Lichtgeschwindigkeit auf die Erdatmosphäre und zerfallen dadurch in deine Kaskade von Sekundärteilchen.

Ihre Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Erde führt dabei zu einem extrem kurzen Radiosignal von weniger als einer Milliardstel Sekunde Dauer. Tausende einzelner Dipolantennen des LOFAR-Teleskopnetzwerks tragen dazu bei, dieses Signal aufzuspüren und genau zu vermessen.

Das Signal zu finden, ist eine Sache, die Ursache dafür zu entdecken, eine andere. Zum ersten Mal haben es Astronomen jetzt geschafft, genau zu berechnen und zu modellieren, welche Art kosmischen Teilchens für das gemessene Radiosignal verantwortlich war.

„Wir können das Geschoss jetzt identifizieren“, sagt Heino Falcke von der Radboud-Universität in den Nijmegen/Niederlande, der Vorsitzende des Ausschusses für das Internationale LOFAR-Teleskop. „In den meisten Fällen scheint es sich dabei um ein einzelnes Proton oder den leichten Kern eines Heliumatoms zu handeln.“

“Wegen der enormen Energie glauben die meisten Forscher bis jetzt, dass die Teilchen der kosmischen Strahlung aus großen Entfernungen im Universum stammen, zum Beispiel von Schwarzen Löchern in anderen Galaxien“, ergänzt Stijn Buitink von der Freien Universität Brüssel, der Erstautor der Veröffentlichung in „Nature“. „Aber wir nehmen an, dass sie einen viel näheren Ursprung haben und ihre Energie von einem kosmischen Beschleuniger in unserer Milchstraße herrührt – zum Beispiel von einem sehr massereichen Stern.“

Die Quellen kosmischer Teilchenstrahlung sind kosmische Beschleuniger, die bis zu einer Million mal stärker sind als der Large Hadron Collider (LHC) in Genf oder irgendein anderer irdischer Beschleuniger, den Menschen in der Lage sind zu bauen“, sagt Heino Falcke, der auch als Gastwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn tätig ist und eine Pionierrolle in dieser Beobachtungstechnik gespielt hat. „Wir können jetzt sozusagen Hochenergiephysik mit einfachen UKW-Radios durchführen.“ Das eröffnet ein neues Fenster zum Hochenergie-Universum und sehr präzisen Messungen von kosmischen Teilchen.

„Der Hauptunterschied zu gewöhnlichen UKW-Radios liegt in der Digitalelektronik und in den breitbandigen Empfängern, mit denen es möglich wird, eine große Zahl unterschiedlicher Frequenzen gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit aufzuzeichnen“, erklärt Andreas Horneffer vom MPIfR, der die Antennen des Vorläuferprojekts für das aktuelle Experiment, LOPES (“LOFAR Prototype Experimental Station”) als Teil seiner Doktorarbeit aufgebaut hat..

Die Identifikation der eintreffenden Teilchen aus den Radiobeobachtungen beruht auf exakter Kenntnis der Radioemissionsphysik. Die LOFAR-Daten werden mit Simulationen im CoREAS-Code verglichen, der von Tim Huege und seinen Kollegen am Karlsruhe Institute of Technology (KIT) im Rahmen des CORSIKA-Luftschauer-Simulationsprogramms entwickelt wurde. „Als wir mit den Simulationen der Radiosignale vor zehn Jahren begonnen hatten und die Signale mit Daten unseres LOPES-Experiments verglichen, war die Physik der Radioemission für uns noch ein großes Rätsel. Heute können wir mit den Simulationen die hochwertigen LOFAR-Resultate sehr detailliert wiedergeben und haben dadurch sehr viel Vertrauen in die Interpretation der Messungen“, sagt Tim Huege.

Der Nachweis kosmischer Teilchenstrahlung mit LOFAR eröffnet einen Zugang zu Präzisionsmessungen, die dazu beitragen, die Ursprungsquellen dieser höchstenergetischen Partikel zu enträtseln. Vom „Square Kilometre Array“ (SKA) Radioteleskop-Netzwerk mit seiner sehr hohen Dichte von Einzelantennen ist schließlich das volle Potential dieser Methode zum Nachweis kosmischer Partikelstrahlung zu erwarten, und zwar noch mit wesentlich höherer Messgenauigkeit als zur Zeit mit LOFAR.

„Es ist schon eine bemerkenswerte Erfahrung, dass Teilchenphysiker und Radioastronomen zusammenarbeiten, um ein solch erfolgreiches Experiment im aufsteigenden Forschungsfeld der Astroteilchenphysik durchzuführen“, schließt Ralf-Jürgen Dettmar von der Ruhr-Universität Bochum, der Sprecher des deutschen GLOW-Konsortiums.


Das International LOFAR Telescope (ILT), ursprünglich geplant von ASTRON in den Niederlanden, wird zusammen mit einer Reihe von Partnerländern in Europa betrieben. Das LOFAR-Teleskopnetzwerk ist ausgelegt für Radiobeobachtungen im Meterwellen-Bereich. Zur Zeit umfasst es 38 Stationen in den Niederlanden, sechs Stationen in Deutschland, drei in Polen sowie je eine Station in Großbritannien, Schweden und Frankreich. Jede Station setzt sich zusammen aus Hunderten von Dipolantennen, die über schnelle Datenleitungen miteinander verbunden sind und zusammen ein virtuelles Radioteleskop von 50% der Größe Europas darstellen.

Das German Long Wavelength Consortium (GLOW) wurde im Jahr 2006 von einer Reihe von deutschen Universitäten und Forschungsinstituten gegründet, um die Nutzung des spektralen Fensters von Radiowellen im Meterwellenbereich für die astrophysikalische Forschung zu unterstützen. Deutsche Forscher untersuchen in diesem Wellenlängenbereich zum Beispiel die Entwicklung von Galaxienhaufen, Magnetfelder im intergalaktischen Medium, die physikalische Natur und Entwicklung von Pulsaren sowie Strahlungsausbrüche auf der Sonne.

Vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) beteiligte Wissenschaftler an diesem Projekt sind Andreas Horneffer, Michael Kramer, Wolfgang Reich, Olaf Wucknitz und J. Anton Zensus. Heino Falcke (Radboud-Universität, Nijmegen) ist als Gastwissenschaftler am MPIfR tätig.

Originalveröffentlichung:

“Radio detections of cosmic rays reveal a strong light mass component at 10^17 - 10^17.5 eV”, by S. Buitink et al. Veröffentlicht in “Nature” am 3. März 2016 (Sperrfrist bis 2. März 2016, 19:00 MEZ)

Lokaler Kontakt:

Dr. Andreas Horneffer
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-505
E-mail: ahorneffer@mpifr-bonn.mpg.de

Prof. Dr. Heino Falcke
Radboud-Universität Nijmegen &
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +31 24 3652020
Mobile: +49 151 23040365
E-mail: h.falcke@astro.ru.nl

Prof. Dr. Ralf-Jürgen Dettmar
Fakultät für Physik und Astronomie
Ruhr-Universität Bochum
Fon +49 234 32 23454
E-Mail: dettmar@astro.rub.de

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2016/6

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: 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,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung