Teilchenbeschleunigung in der Wolke
Kaskaden hochenergetischer Elektronen in Gewitterwolken haben unerwartete Spektren.
Kaskaden hochenergetischer Elektronen in Gewitterwolken haben unerwartete Spektren.
In Gewitterwolken herrschen extreme Bedingungen, was elektrische Felder und Feldgradienten angeht. Dieser Fakt wurde nun auf eindrucksvolle Weise erneut bestätigt. Der italienische Röntgen- und Gammasatellit AGILE wies terrestrische Gammablitze (TGF) mit Energien von bis zu 100 MeV nach.
Abb.: Häufigkeit der Elektronen mit bestimmten Energien im Zeitraum Juni 2008–Januar 2010. Die schwarz durchgezogene Linie stellt ein Potenzgesetz dar, die rot gestrichelte das bisher angenommene Modell. (Bild: M. Tavani et al., Phys. Rev. Lett. 106, 018501 (2011), The American Physical Society)
Das beobachtete Spektrum gibt den Forschern des AGILE-Teams noch Rätsel auf: Es ist nicht mit den bislang angenommenen Mechanismen hinter den TGFs vereinbar. Bisherige Theorien über das Innere der Gewitterwolken gehen von einer rasanten Beschleunigung von Elektronen in starken elektrischen Feldern aus; Spannungen zwischen Wolken und Boden und innerhalb der Wolken von bis zu 100MV wurden schon berichtet. Die beschleunigten Elektronen geben die Energie in Form von Bremsstrahlung ab und schlagen auf ihrem Weg weitere Elektronen frei, was eine lawinenartigen Verstärkung des Elektronenstromes zur Folge hat. Dieser Prozess führt, fast unabhängig von den äußeren Bedingungen, zu einem exponentiell abnehmenden Energiespektrum der Elektronen. Jedoch beobachteten die Wissenschaftler bei hohen Energien im Gegensatz zu diesem Modell ein Potenzgesetz.
Gegenüber bisherigen Beobachtungen konnte das Spektrum der TGFs über ein größeres Energieintervall beobachtet und eine äußerst effiziente Elektronenbeschleunigung bezeugt werden. Offen bleibt jedoch weiterhin, welche Vorgänge im Inneren der Gewitterwolken ablaufen.
KK
