Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleinste Teilchen aus fernen Galaxien!

22.09.2017

50 Jahre altes Rätsel gelöst

Astroteilchenphysiker der Bergischen Universität Wuppertal haben zur Lösung eines 50 Jahre alten Rätsels der kosmischen Strahlung beigetragen. Die Ergebnisse der Arbeit erscheinen heute im renommierten Science Magazin. In der Veröffentlichung berichtet die Pierre-Auger-Kollaboration über Beobachtungen, die belegen, dass kosmische Strahlung mit Energien, die millionenfach größer sind als die der im Large Hadron Collider des CERN beschleunigten Protonen, aus entfernten Regionen des Universums jenseits unserer eigenen Galaxie stammen.


Himmelskarte der höchstenergetischen kosmischen Strahlung. Das galaktische Zentrum befindet sich in der Mitte der Karte. Die weiße Fläche kann vom Standort des Observatoriums aus nicht beobachtet werden.

Bergische Universität Wuppertal

Seit den 1960er Jahren ist die Existenz kosmischer Teilchen mit Energien mehrerer Joule (1 Joule ≈ 6 x 1018 eV) bekannt und es wurde immer wieder darüber spekuliert, ob diese Teilchen aus unserer eigenen Galaxis, der Milchstraße, stammen oder von entfernten extragalaktischen Objekten zu uns gelangen.

Dieses 50 Jahre alte Rätsel wurde nun durch die Beobachtung kosmischer Teilchen einer mittleren Energie von 2 Joule gelöst, die mit dem größten jemals gebauten Observatorium für kosmische Strahlung, dem Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien, registriert wurden.

Bei diesen Energien ist die Rate ankommender Teilchen von einer Seite des Himmels etwa sechs Prozent erhöht und aus entgegengesetzter Richtung entsprechend erniedrigt, wobei der Überschuss 120° vom galaktischen Zentrum entfernt liegt.

Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert, Experimentalphysiker an der Bergischen Universität Wuppertal und Sprecher der Auger-Kollaboration von über 400 Wissenschaftlern aus 18 Ländern, kommentiert das Ergebnis begeistert: „Wir sind dem Rätsel, wo und wie diese außergewöhnlichen kleinsten Materie-Teilchen entstehen, nun wesentlich näher gekommen – eine Frage, die für Astrophysiker von großem Interesse ist. Unsere Beobachtung zeigt eindrucksvoll, dass die Orte der Beschleunigung außerhalb der Milchstraße liegen.“

Professor Alan Watson, Ph.D., von der Universität Leeds und emeritierter Sprecher der Auger-Kollaboration beschreibt dieses Ergebnis als „eines der aufregendsten Ergebnisse, die wir bisher erreicht haben und es löst eine der Fragestellungen, die wir anvisiert hatten, als das Observatorium von Jim Cronin und mir vor über 25 Jahren konzipiert wurde“.

Die kosmische Strahlung besteht aus Atomkernen der bekannten chemischen Elemente von Wasserstoff (dem Proton) bis hin zu Eisen. Oberhalb von 2 Joule beträgt die Ankunftsrate dieser Teilchen am oberen Rand der Erdatmosphäre nur etwa 1 Teilchen pro km² pro Jahr, oder anders beschrieben, einem Teilchen pro Jahrhundert auf die Fläche eines Fußballfeldes.

Derart seltene Teilchen sind nur nachweisbar, weil sie durch sukzessive Wechselwirkungen mit den Atomkernen in der Erdatmosphäre Teilchenkaskaden von Elektronen, Photonen und Myonen erzeugen. Diese Teilchen-Schauer bestehen aus mehr als zehn Milliarden Teilchen und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit in einer scheibenförmigen Struktur, ähnlich einem Teller mit mehreren Kilometern Durchmesser, durch die Atmosphäre.

Ihr Nachweis geschieht am Pierre-Auger-Observatorium durch das Cherenkov-Licht, das sie in einigen der 1600 Detektoren, die mit jeweils zwölf Tonnen Wasser gefüllt sind, produzieren. Die Detektoren sind auf einer Fläche von 3000 km2 im Westen Argentiniens ausgebracht, einem Gebiet größer als die Fläche des Saarlandes. Die mit GPS-Empfängern gemessenen Ankunftszeiten der Teilchen in den Detektoren erlauben es, die Ankunftsrichtungen der Ereignisse mit einer Genauigkeit von besser als einem Grad zu bestimmen.

Durch die Untersuchung der Verteilung der Ankunftsrichtungen von mehr als 30.000 kosmischen Teilchen fanden die Wissenschaftler eine signifikante Überhöhung aus einer Richtung, in der die Anzahl an Galaxien höher ist als in anderen Richtungen. Obwohl diese Entdeckung eindeutig den extragalaktischen Ursprung der Teilchen belegt, sind die eigentlichen Quellen noch immer nicht gefunden, da selbst solch energetische Teilchen auf ihrem Weg im Magnetfeld unserer Galaxie um einige 10 Grad abgelenkt werden. Keine realistische Konfiguration des galaktischen Magnetfeldes ist jedoch in der Lage, die beobachtete Richtung mit möglichen Quellen in der galaktischen Ebene oder im Zentrum unserer Galaxis zu assoziieren.

Um die Quellen selbst zu finden, sollen zukünftig noch höherenergetische Teilchen als in dieser Studie verwendet werden. Kosmische Magnetfelder lenken diese Teilchen weniger stark ab, sodass ihre Ankunftsrichtungen noch näher an ihren Entstehungsorten liegen sollten, jedoch ist auch die Ankunftsrate dieser Teilchen noch geringer, sodass weitere Ereignisse gesammelt werden sollen.

Mit einer derzeit durchgeführten Erweiterung des Pierre-Auger-Observatoriums, an dem die etwa 20-köpfige Wuppertaler Arbeitsgruppe um Prof. Kampert und Dr. Rautenberg mit verschiedenen Entwicklungs- und Aufbauarbeiten maßgeblich beteiligt ist, wird es zusätzlich ab Ende 2018 auch möglich sein, die Art der Teilchen (von Protonen bis hin zu Eisen) zu bestimmen. Dies wird eine entscheidende Hilfe bei der Suche nach den Quellen der höchstenergetischen Teilchen des Universums sein.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat die Arbeiten der Wuppertaler Arbeitsgruppe in den letzten zehn Jahren mit über 6 Millionen Euro gefördert.

Kontakt:
Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert
Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften
Telefon 0202/439-2856, -2640
E-Mail kampert@uni-wuppertal.de

Weitere Informationen:

http://www.astro.uni-wuppertal.de
http://www.auger.org
https://uni-wuppertal.sciebo.de/index.php/s/ON9sboTlJ32lB9d (Abbildungen sowie eine Video-Animation zum Download)

Denise Haberger | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuppertal.de
https://www.presse.uni-wuppertal.de/de/medieninformationen/2017/09/22/24970-kleinste-teilchen-aus-fernen-galaxien-50-jahre-altes-raetsel-geloest/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rasende Elektronen unter Kontrolle
16.11.2018 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Kometen als Wasserträger für Exoplaneten
15.11.2018 | Universität Wien

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: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics