Physik: Geschosse aus dem All

Die Quelle des höchstenergetischen Teils der "kosmischen Strahlung" ist gefunden: Schwarze Löcher.

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Auger Collaboration

Um 10.45 Uhr hatten wir 5350 Meter erreicht. Trotz Sauerstoff fühlte ich mich so schwach, dass ich nur noch mit Anstrengung die Ablesung an zwei Apparaten ausführen konnte. So entschloss ich mich, obwohl wir noch zwölf Sack Ballast hatten, herunterzugehen und bat Hauptmann Hoffory, Ventil zu ziehen." Die Ballonfahrt war am 7. August 1912, sie war ein Experiment - damals gingen Forscher an ihre körperlichen Grenzen-, es war erfolgreich: Der Berichterstatter, der österreichische Physiker Victor Hess, hatte etwas entdeckt, das ihm 1936 den Nobelpreis brachte: Irgendetwas hoch oben in der Atmosphäre hat ionisierende Wirkung.


Hess nannte es "durchdringende Strahlung", dann hieß es "Höhenstrahlung", heute heißt es "kosmische Strahlung". "Die Begriffe sind unglücklich gewählt", erklärt Ernst Dorfi (Astronomie, Uni Wien): "Es sind keine Strahlen, es sind ionisierte Teilchen, Protonen und Atomkerne." Die schießen von irgendwo in die Atmosphäre, man kann den Effekt sehen und messen: Er zeigt sich in Fluoreszenz und einem kilometerlangen Teilchenschauer. Und man kann rückrechnen auf die Energie der Teilchen, sie reicht von Megaelektronenvolt (MeV) bis zu Exaelektronenvolt (EeV). Letzteres ist zehn hoch 18, eine unvorstellbare Energie, irdische Teilchenbeschleuniger bringen nicht einmal den hundertmillionsten Teil.

"Schlicht gesagt: Wir wissen nicht, was die Teilchen sind, und woher sie kommen." Das ist die Lagebeschreibung der "Pierre Auger Collaboration", eines Forscher-Verbundes, der zur Klärung in Argentinien ein Observatorium errichtet hat. Und was für eines: Auf 3000 Quadratkilometer Fläche beobachten 1300 Detektoren den Himmel.
Diese Fläche ist nötig, weil EeV-Teilchen so selten sind, dass über einer Fläche von einem Quadratkilometer nur alle hundert Jahre eines niedergeht. Warum konzentriert man sich dann nicht auf Teilchen mit geringerer Energie? Weil man wissen will, wo die "Strahlen" herkommen: Teilchen mit niederer Energie werden auf ihrem Weg von Magnetfeldern so abgelenkt, dass sie von allen Seiten kommen und man von ihrem Einschlag nicht auf ihre Quelle schließen kann.

Schwarzes Loch: Teilchenbeschleuniger


Nur die mit der höchsten Energie werden kaum abgelenkt. Sie haben ein anderes Problem: Trotz ihrer Energie kommen sie nicht von allzu weit, sie werden gebremst, von der kosmischen Hintergrundstrahlung (einer wirklichen Strahlung). Man kann also die maximale Distanz berechnen, aus der sie kommen können - 250 Millionen Lichtjahre-, und man kann beobachten: 16 Teilchen mit über 60 EeV sind seit 2004 detektiert worden. Fast alle deuten auf "active galactic nuclei" - das sind supermassive Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien -, als Quelle (Science, 318, S. 938).

"Das war immer schon die wahrscheinlichste Hypothese", erklärt Dorfi, "jetzt hat man es sehr konsequent gezeigt." Schwarze Löcher als Teilchenbeschleuniger? Saugen sie nicht jede Materie in sich hinein? Das tun sie, aber sie bauen um sich herum elektrische und magnetische Felder auf. Und das Weltall ist nicht leer, im interstellaren Medium sind Teilchen unterwegs. Gerät eines in die Felder, wird es auf Energie gebracht: "Es wird von Stoßwellen durch magnetische Irregularitäten hin und her gestreut", erklärt Dorfi: "Man kann es sich - in die Mechanik übersetzt - so vorstellen, als ob ein Tennisball zwischen Schläger gerät, die einander näherkommen. Er wird immer schneller."

 

("Die Presse", Print-Ausgabe, 09.11.2007)

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