HESS sieht „kosmischen Dunst“
Hochenergie-Teleskop-Array vermisst extragalaktischen Gammahintergrund.
Der Raum zwischen den Galaxien ist angefüllt mit Photonen, die von allen jemals im Universum existierenden Sternen emittiert wurden. Das diffuse extragalaktische Hintergrundlicht scheint im Sichtbaren und im Infrarot. Es ist nach dem kosmischen Mikrowellenhintergrund die diffuse Strahlung mit der zweithöchsten Intensität. Aus unserer Milchstraße heraus ist es aber nur schlecht möglich, dieses fossile Licht direkt zu beobachten. Durch Verwendung von Gammastrahlen, also mit einer indirekten Methode, umgehen die Astrophysiker dieses Problem.
Abb.: Aus den HESS-Daten abgeleitetes Spektrum des extragalaktischen Hintergrundlichts im Sichtbaren und nahen Infrarot. (HESS Coll.)
Ein von einer entfernten Galaxie emittierter Gammastrahl wird auf seinem Weg zur Erde durch Wechselwirkung mit diffusem Licht abgeschwächt: stößt ein hochenergetisches Gammaphoton mit einem Photon des Hintergrundlichts zusammen, wandeln sich beide in ein Elektron-Positron-Paar um, wodurch sich die Intensität des Gammastrahls verringert. Je dichter der Dunst aus diffusen Photonen ist, desto stärker ist die Abschwächung des Gammastrahls und desto weniger Gammalicht gibt es im Universum. Die an der Erde ankommenden enerigiereichen Photonen lösen in der Erdatmosphäre Teilchenschauer aus, die kurze Lichtblitze erzeugen. Dieses Tscherenkow-Licht fangen die Teleskope des High Energy Stereoscopic System HESS auf.
Die Astrophysiker analysierten die Spektren einiger relativ naher Blazare; das sind hell im Gammalicht leuchtende Galaxien, in deren Zentrum ein aktives Schwarzes Loch Materie verschlingt, wobei ein „Jet“ aus relativistischen Teilchen in Richtung Erde geschleudert wird. Dabei zeigte sich klar die Absorption hochenergetischer Gammastrahlen durch das extragalaktische Hintergrundlicht – deren Berücksichtigung ist zur Erklärung der Spektren sogar unerlässlich. Die Messungen liefern die bisher genauesten Werte für die Intensität des im Universum enthaltenen Sternenlichts im sichtbaren und infraroten Bereich und seine spektrale Verteilung.
Das HESS-Teleskopsystem in Namibia (Bild: C. Föhr, HESS-Koll.)
Mit den neuen Daten können nun kosmologische Modelle optimiert werden, um die Rate und die Prozesse der Sternbildung seit der Entstehung des Universums besser zu beschreiben. Und aus den Ergebnissen lässt sich bestimmen, wie die Größe des im Gammalicht beobachtbaren Universums mit zunehmender Energie der Gammaphotonen abnimmt. Komplementäre Messungen an weiter entfernten Blazaren wurden von der Fermi-LAT-Kollaboration mit dem Large Area Telescope (LAT) auf dem Fermi-Satelliten gemacht, das Gammastrahlen mit niedrigerer Energie detektiert.
MPIK / OD
