Infrarotaufnahme der Andromeda-Galaxie durch das Herschel-Teleskop
Die Andromeda-Galaxie. Vielleicht eine Quelle der Teilchen, die jetzt entdeckt wurden. Bildrechte: ESA/NASA/JPL-Caltech/B. Schulz (NHSC)

Astrophysik Wissenschaftler entdecken Teilchen aus fremden Galaxien

Der Weltraum, unendliche Weiten... Bisher konnten wir fremde Galaxien nur sehen. Jetzt haben Wissenschaftler zum ersten Mal Teilchen entdeckt, die nicht aus unserer Milchstraße stammen, sondern aus anderen Galaxien.

Infrarotaufnahme der Andromeda-Galaxie durch das Herschel-Teleskop
Die Andromeda-Galaxie. Vielleicht eine Quelle der Teilchen, die jetzt entdeckt wurden. Bildrechte: ESA/NASA/JPL-Caltech/B. Schulz (NHSC)
Strahlung von jenseits der Milchstraße
Der rote Bereich zeigt an, woher die Strahlung stammt – und das ist nicht das Zentrum unserer Milchstraße, sondern eine fremde Galaxie. Bildrechte: Pierre-Auger-Observatorium/KIT

Signale aus dem Weltall. Seit je fasziniert uns, was da draußen geschieht. Die Älteren werden sich vielleicht noch erinnern, dass sie im Physikunterricht mit Nebelkammern der kosmischen Strahlung nachgespürt haben. Heute werden Thermoskannen und digitale Fotosensoren benutzt, um die Strahlung aus dem All nachzuweisen. So ähnlich gehen auch die Wissenschaftler am Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien vor - nur, dass der Maßstab bei ihnen um einiges größer ist. Denn ihre Forschungsanlage umfasst eine Fläche von 3.000 Quadratkilometern in der argentinischen Wüste. Dort fangen 1.660 Wassertanks, die jeweils zwölf Kubikmeter hochreinen Wassers enthalten, sowie 27 Teleskope die Signale aus dem All auf. In diesem Observatorium hat ein internationales Forscherteam jetzt erstmals Strahlung aus fernen Galaxien empfangen.

Herkunftskandidat "Lokale Gruppe"

Über die Beobachtung berichten die Forscher der Pierre-Auger-Kollaboration in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift “Science“. Sie haben festgestellt, dass die kosmische Strahlung bevorzugt aus einer Richtung in die Erdatmosphäre eintrete, die 120 Grad vom Zentrum der Milchstraße abweicht. Das bedeutet, sie kann nicht von einem der hunderte Milliarden Sterne unserer Galaxie stammen. Da die Teilchen auf ihrem Weg zur Erde durch galaktische und extragalaktische Magnetfelder stark abgelenkt werden, lässt sich die Richtung zwar (noch) nicht exakt berechnen, aber die Wissenschaftler gehen davon, aus, dass sie aus einer nahen Nachbar-Galaxie stammen, vermutlich aus der Lokalen Gruppe. So wird der Galaxiehaufen genannt, zu dem unsere Milchstraße, aber auch die Andromedagalaxie, die Magellanschen Wolken und viele kleine Zwerggalaxien  gehören.

"In der Astroteilchenphysik sind wir zumeist auf Vermutungen und Indizien angewiesen, jetzt ist erstmals signifikant, dass es eine Vorzugsrichtung gibt, aus der die Strahlung kommt, das bedeutet einen sehr großen Schritt für unsere Forschung", so Dr. Markus Roth, stellvertretender Leiter der Gruppe Pierre Auger am Institut für Kernphysik des Karlsruher Instiuts für Technologie (KIT).

Die kosmischen Strahlen sind Botschafter, durch die wir etwas über den Ursprung des Universums lernen, sie ermöglichen einen Blick zurück in die Geschichte des Kosmos.

Markus Roth, KIT

Diese hochenergetischen Strahlen erreichen unsere Erde nur sehr selten, so die Forscher. Pro Jahr trifft ein Teilchen auf einen Quadratkilometer Fläche. Das kann auch nicht direkt gemessen werden. In der Erdatmosphäre stößt es mit Atomkernen zusammen. Dieser Aufprall erzeugt eine ganze Kaskade von Milliarden kleinester Teilchen, die bis auf die Oberfläche gelangen. Diese Sekundärteilchen können die Detektoren des Observatoriums registrieren. Deren Lichtimpulse wiederum geben Aufschluss über die Energie und Einfallsrichtung des Ursprungsteilchens.

Klingt kompliziert - ist es auch

Mehr als 400 Wissenschaftler aus 18 Ländern arbeiten an dem Projekt. Aus Deutschland sind neben dem KIT die RWTH-Aachen sowie die Universitäten Hamburg, Siegen und Wuppertal beteiligt. Im kommenden Jahr soll die Anlage noch erweitert werden. Das ließe noch genauere Messung über die Art und die Herkunft der Teilchen zu, so Markus Roth. Mit dem neuen Detektor hoffen die Forscher nämlich, noch andere Teilchen untersuchen zu können, die aus fernen Galaxien stammen. Diese sollen bis zu 100 Mal mehr Energie haben als die jetzt entdeckten. Das machen die Wissenschaftler mit diesem Vergleich anschaulich: Ein einzelnes Strahlungsteilchen entwickelt eine Wucht, die vergleichbar ist mit einem stark geschlagenen Tennisball.

Detektor im Pierre Auger Observatorium
Der Nachthimmel über einem der mit hochreinem Wasser gefüllten Tscherenkow-Detekoren des Auger Observatoriums in der argentinischen Wüste. Bildrechte: Steven Saffi/Pierre-Auger-Observatorium/KIT

Wir werden in Zukunft einen viel tieferen Einblick in die Geschehnisse des Universums erhalten.

Markus Roth, KIT

Über dieses Thema berichtet MDR Fernsehen: LexiTV | 16.10.2017 | 15:00 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 22. September 2017, 15:14 Uhr