Ultraschnelle kosmische Teilchen kommen aus fernen Galaxien

Die Erde wird ständiger aus dem All bombardiert. Die „kosmische Strahlung“ trägt einen leicht irreführenden Namen, weil es sich nicht um elektromagnetische Strahlung handelt, sondern um einen Teilchenstrom, der aus Elektronen, Protonen und einem geringen Anteil noch schwererer Teilchen besteht. Pro Sekunde und Quadratmeter treffen über 1000 dieser Teilchen auf die äußere Erdatmosphäre; sie sind unter anderem auch für die Polarlichter verantwortlich.

Einen großen Anteil hat dabei die Sonne, erst recht, wenn es zu solaren Ausbrüchen (Flares) kommt, die dann durchaus due Kommunikation mit Erdsatelliten beeinträchtigen können. Eine zweite Komponente, die galaktische kosmische Strahlung, hat ihre Quelle in der Milchstraße.

Die für die Astronomen spannendsten Teilchen sind immer die, die Rekorde brechen. Ultrahochenergetische kosmische Strahlung besteht aus Teilchen mit Energie von mehr als 1018 eV. Sie kommen nicht sehr häufig bei uns an, ein Fußballfeld würde etwa einmal im Jahrhundert von so einem Monster getroffen. Falls sogar sie sogar mehr als 5 x 1019 eV Energie mitbringen, weist das darauf hin, dass sie nicht beim Urknall entstanden sein können, denn dann hätten sie längst mit der kosmischen Hintergrundstrahlung interagieren müssen. Sie müssen also in jüngerer Vergangenheit bei irgendeinem spektakulären Prozess entstanden sein. Verfolgt man ihr Eintreffen auf der Erde also minutiös, erhält man Hinweise auf solche Katastrophen im All. Es gibt sogar Spekulationen, dass die ultraenergetischen Teilchen beim Zerfall von Dunkler Materie entstanden sein könnten.

Aber wie weist man sie nach? Auf der Erdoberfläche kommen sie nicht an. Aber wenn sie die Erde treffen, ziehen sie durch ihre Wechselwirkung mit den Atomen der Luft eine ganze, mehrere Kilometer breite und scheibenförmige Kaskade von Sekundärteilchen hinter sich her, teilweise über 10 Milliarden Teilchen, von denen einige dann den Erdboden erreichen. Dort wartet das Pierre-Auger-Observatory auf sie: In Detektoren mit einem Inhalt von 12 Tonnen Wassser erzeugen sie messbare Spuren. Das Observatorium besitzt 1600 solcher Detektoren, die in West-Argentinien über eine Fläche von 3000 Quadratkilometern verteilt sind. So ist es möglich, auch Hinweise auf die Richtung zu erhalten, aus der der Verursacher der Kaskade kam. Und tatsächlich, das zeigt jetzt ein Artikel in Science, muss die Quelle außerhalb der Milchstraße liegen, Wo genau, das können die Forscher aber noch nicht sagen.

Detektor des Pierre-Auger-Observatoriums (Grafik: Pierre-Auger-Observatorium)
Wie man herausfindet, woher das Teilchen kam (Grafik: Pierre-Auger-Observatorium)
Nächtlicher Blick auf das Observatorium in Argentinien (Bild: Steven Saffi)

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