Abenteuer Astronomie

Unter dem Sammelbegriff der Kosmischen Strahlung versteht man im Allgemeinen eine hochenergetische Teilchenstrahlung solaren, galaktischen oder extragalaktischen Ursprungs, die sich unter anderem mittels ihrer unterschiedlich hoch ausgeprägten Energien gut voneinander unterscheiden lässt. Der Teilbereich der ultrahohen energetischen Strahlung zeichnet sich durch geladene Teilchen aus, die mit Energien von wenigstens 1019 Elektronvolt (eV) auf die Erdatmosphäre treffen. Damit bewegen sich die Protonen, Alpha-Teilchen und schweren Atomkerne in Energiebereichen, die selbst mit den leistungsstärksten Ringbeschleunigern nicht ansatzweise erzielt werden können. Die Beobachtung solcher Hochenergieereignisse ist recht selten, seit 2008 wurden nur etwa 5000 »Einschläge« der ultraschnellen Teilchen registriert. Und das auch nur mittels indirekter Beobachtung, denn bei ihrem Auftreffen auf die Atmosphäre lösen die Partikelteilchen Schauer von Sekundärteilchen aus. Diese Sekundärteilchen werden unter Zuhilfenahme von Wassertanks und Myonendetektoren am Erdboden aufgelöst, so dass es unter Umständen gelingt, auf das Originalteilchen zu schließen. Darüber hinaus beobachten Teleskope die Lichtblitze, die die Schauer in der Atmosphäre begleiten. Die Quelle dieser Teilchen allerdings bleibt ein gewisses Rätsel. Vor drei Jahren wiesen die Spekulationen mehrheitlich in Richtung Aktiver Galaktische Kerne, also riesiger Schwarze Löcher. Aktuell werden Aktive Galaktische Kerne als Ursprungsort nur noch bei etwa 40% der Ereignisse angenommen.

Pulsare, die extrem dichten Sternleichen, die nach Supernovae massereicher Sterne zurückbleiben, werden mittlerweile als aussichtsreiche Kandidaten betrachtet. Neben vielen weiteren Fragen war bei diesem Szenario indes ungeklärt, ob die Partikel grundsätzlich in der Lage sind, die dichte Trümmerumgebung, die sich nach der Supernovaexplosion um den Neutronenstern bildet, zu passieren. Offensichtlich schafft es aber doch eine Handvoll unter ihnen und ungeachtet ihrer Natur ist in diesem Zusammenhang zwischenzeitlich wenigstens ein Zeitrahmen erarbeitet, bis zu dem sie sich aus dem Umfeld des Pulsars gelöst haben müssen: Innerhalb des ersten Jahres nach der Supernovaexplosion. Wie Modellrechnungen zeigen, rotiert der tote Stern zu diesem Zeitpunkt noch schnell genug, um die Partikel durch den Einfluss seines starken elektromagnetischen Feldes auf das geforderte Energieniveau zu heben. Andererseits haben sich die Überreste der Supernovaexplosion weit genug in den Raum ausgedünnt, um für die geladenen Teilchen beim Verlassen des Einflussbereichs des Pulsars nicht mehr hinderlich zu wirken. Diese Hypothese erklärt gleichzeitig auch, warum im ultra-hochenergetischen Spektrum der kosmischen Strahlung schwere Elemente wie Eisenkerne vorkommen, während die kosmische Strahlung niedriger Energie vornehmlich aus Protonen zu bestehen scheint. Geladene Partikel wie Eisenatome werden in den Krusten der Pulsare vermutet. Da jeder Eisenkern 26 Protonen enthält, wirkt das elektromagnetische Feld des Pulsars auf jedes einzelne dieser Protonen und beschleunigt den Kern somit wesentlich effizienter, als dies bei einem einzelnen positiv geladenen Teilchen, also einem Proton, der Fall ist.

Lars-C. Depka