25.11.2010

Neues aus dem tobenden Universum

Der Gamma-Satellit Fermi beobachtet seit zwei Jahren die energiereichsten Vorgänge im Kosmos.

Physik Journal – Der Gamma-Satellit Fermi beobachtet seit zwei Jahren die energiereichsten Vorgänge im Kosmos.

Erste Hinweise sammelte der frühere deutsche Röntgensatellit Rosat in den 1990er-Jahre, jetzt brachte das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA Gewissheit: Oberhalb und unterhalb der Milchstraßenscheibe erstrecken sich zwei riesige Blasen ins All, von denen diffuse Gammastrahlung – besonders energiereiche elektromagnetische Wellen – die Erde erreichen. Was diese Blasen erzeugt hat, ist noch offen, vielleicht sind sie das Ergebnis einer früheren aktiven Phase des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxis.

Das im Juni 2008 gestartete Weltraumteleskop hat schon in seinem ersten Jahr in der Umlaufbahn etliche Bereiche der Gamma-Astronomie und Astrophysik durch seinen großen und empfindlichen Detektor sowie seine enorme spektrale Bandbreite – auf ein Klavier übertragen sind es 23 Oktaven – entscheidend vorangebracht. Die wichtigsten Forschungsergebnisse fasst Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE) in Garching bei München in der Dezemberausgabe des Physik Journals zusammen. Der Wissenschaftler ist seit 2007 Co-Principal Investigator für eines von Fermis Instrumenten, dem Gamma-ray Burst Monitor, den die Gammagruppe am MPE entwickelte.

Bild: Das Weltraumteleskop Fermi entdeckte „Blasen aus Gammastrahlung“ (violett) über dem Nord- und Südpol der Milchstraße. Ihre Ausdehnung – rund 25.000 Lichtjahre – entspricht in etwa dem Abstand der Sonne vom Zentrum der Galaxis. (Bildquelle: NASA GSFC)

Greiner beschäftigt sich schon seit 25 Jahren mit den mysteriösen Gammastrahlen-Ausbrüchen (GRBs), auf deren genaue Untersuchung Fermi spezialisiert ist. Das sind einmalige kurze Strahlungsblitze im besonders energiereichen Gammalicht. Im Moment des Auftretens sind sie die mit Abstand hellsten Gammaquellen am Himmel. Die länger als zwei Sekunden dauernden „Bursts“ führen die Astrophysiker auf die Explosion bestimmter massereicher Sterne zurück, in deren Folge ein Schwarzes Loch entsteht. Die kürzeren Ereignisse stammen dagegen wohl von verschmelzenden Neutronensternen. Fermis überraschende Messergebnisse schließen manche der bisherigen Vorstellungen aus und bereiten den Astrophysikern noch Kopfzerbrechen. Ist ein Teil der beobachteten Strahlung etwa das Abbild des Feuerballs der Sternexplosion?

Auch bei ständig leuchtenden Gamma-Quellen am Himmel brachten die Fermi-Beobachtungen zahlreiche neue Erkenntnisse. Vor dem Start des Satelliten kannten die Astronomen beispielsweise nur 9 von 2000 Pulsaren, die neben Radiowellen auch Gammastrahlung abgeben, schon die erste Durchmusterung erhöhte die Zahl der energiereichen Vertreter dieser „kosmischen Leuchttürme“ auf 87. Anhand ihrer Untersuchungen scheint bereits klar, dass die Gammaquanten nicht von den Polen dieser schnell rotierenden Neutronensterne stammen, sondern aus der Magnetosphäre. Den genauen Ort müssen jedoch weitere Beobachtungen lokalisieren.

Die meisten Vertreter der bislang identifizierten Fermi-Dauerquellen liegen jedoch außerhalb der Milchstraße und sind von einem ganz anderen Kaliber: Quasare, riesige Galaxien im fernen Universum, deren supermassereiche Schwarze Löcher Materie bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und in „Jets“ bündeln. Diese geben Strahlung über weite Bereiche des elektromagnetischen Spektrums ab. Ob die energiereichste Emission in der Nähe des Schwarzen Lochs oder in den Jets erzeugt wird und welche Prozesse dafür verantwortlich sind, ist jedoch ebenfalls noch unklar.

Zeit dafür bleibt noch jede Menge, die Forscher hoffen, dass der Satellit seine veranschlagte Dienstzeit von fünf Jahren verdoppelt. Das gibt ihnen vielleicht genug Zeit, um nicht nur die Rätsel der GRBs, Pulsare und Quasare zu lösen, sondern auch etwa Spuren zerfallender Teilchen der Dunklen Materie oder verdampfende Schwarze Minilöcher zu finden. Fermi widmet sich jedoch auch einem ganz irdischen Problem: Gewittern. Denn der Satellit fängt Gammastrahlung von Blitzen auf und derzeit fragen sich die Wissenschaftler, ob die energiereichen Lichtteilchen das Wetterleuchten überhaupt erst auslösen.

Oliver Dreissigacker / Physik Journal 

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