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HESS
Suche nach der fossilen Strahlung im All
Redaktion / idw / RUB
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24. April 2006

Mit Hilfe der europäischen H.E.S.S.-Teleskope in Namibia ist es erstmals gelungen, Photonengammastrahlung von zwei weit entfernten Quasaren nachzuweisen. Damit scheint das All für Gammastrahlung durchlässiger zu sein, als bislang angenommen. Sollten die Forscher Gammastrahlung auch von noch weiter entfernten Quasaren aufspüren, gerieten einige Theorien der Physiker ins Wanken.

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Die H.E.S.S.-Teleskope in Namibia. Bild: Max-Planck-Institut für Kernphysik

Das europäische H.E.S.S.-Experiment aus Gammastrahlen-Teleskopen in Namibia hat zum ersten Mal hochenergetische Photonengammastrahlung von zwei weit entfernten Quasaren nachgewiesen. "Es ist eine Überraschung, dass diese Objekte mit dem H.E.S.S.-Experiment nachgewiesen wurden. Hochenergetische Photonen werden nämlich auf ihrem Weg durch den intergalaktischen Raum mit den dort vorhandenen Infrarot-Photonen von frühen Sternen und Galaxien durch Photon-Photon-Vernichtung absorbiert", erklärt Prof. Reinhard Schlickeiser vom Lehrstuhl für Weltraum- und Astrophysik der Ruhr-Universität in Bochum. Das All ist für Gammastrahlen also durchlässiger als bisher angenommen, was bedeutet, dass die Obergrenze des im All vorhandenen Lichts geringer sein muss als geschätzt. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature.

Alle Objekte im Universum senden Licht aus, das sich gleichmäßig im intergalaktischen Raum verteilt. Die direkte Bestimmung der Menge dieses Lichts ist schwierig, weil es von anderen Quellen überstrahlt wird, etwa unserem Sonnensystem und der Milchstraße. Um dem "fossilen Licht" auf die Spur zu kommen, nutzen die Forscher einen anderen Weg: Sie messen die Gammastrahlung, die von weit entfernten Objekten auf der Erde ankommt; sie gibt Aufschluss darüber, wie viel Licht sie auf ihrem Weg begegnet ist.

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Eine Quelle für hochenergetische Gammastrahlung sind Quasare, kompakte, leuchtkräftige Objekte, deren Entfernung die Astrophysiker aus der Verschiebung ihrer optischen Emissionslinien hin zu längeren Wellenlängen, also in den "roten" Wellenlängenbereich berechnen: Diese Verschiebung wächst proportional zum Abstand. Die relativ hohen Werte der Rotverschiebung der beiden Quasare H 2356-309 (Rotverschiebung z=0,165) und 1ES 1101-232 (Rotverschiebung z =0,185) zeigen, dass sie sich weit entfernt am Rand unseres Universums befinden.

Dass die Gammastrahlung aus Quellen in dieser Entfernung noch messbar ist, ist für die Forscher überraschend: Bei Zusammenstößen von hochenergetischen Photonen aus Quasaren mit Photonen aus anderen Quellen im intergalaktischen Raum bilden sich Photon-Photon-Paare - die Strahlung wird dabei vernichtet. Die Energie der in den beiden Quasaren erzeugten Photonen ist aber hoch genug, um bei Zusammenstößen mit den niederenergetischen Infrarot-Photonen Elektron-Positron-Paare zu produzieren, wie von Einstein vorhergesagt. "Die Energiedichte der diffusen extragalaktischen Infrarot-Hintergrundsstrahlung muss um mindestens einen Faktor 10 kleiner sein als bisher geschätzt", folgert Prof. Schlickeiser.

"Noch sind unsere Ergebnisse mir der uns bekannten Physik im Einklang. Sollten wir mit dem H.E.S.S.-Experiment noch weiter entfernte kosmologische Objekte mit größerer Rotverschiebung nachweisen, wird es allerdings kritisch", stellt der Astrophysiker fest. "Dann müssen wir uns ernsthaft Gedanken über mögliche Modifizierungen unserer physikalischen Gesetze über Materie und Strahlung bei hohen Energien machen." Mögliche Modifizierungen könnten die Verletzung der Lorentz-Invarianz der speziellen Relativitätstheorie bei TeV-Energien oder einen nicht-kosmologischen Ursprung der Quasar-Rotverschiebung betreffen. Noch ist es verfrüht, solche radikalen Revisionen der physikalischen Gesetze einzufordern; die schiere Möglichkeit zeigt jedoch das enorme Potential der H.E.S.S.-Beobachtungen.

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siehe auch
HESS: Der Kosmos strahlt nicht überall gleich - 10. Februar 2006
HESS: Mikroquasar als Gammastrahlen-Quelle - 8. Juli 2005
HESS: Acht neue Quellen hochenergetischer Gammastrahlung - 29. März 2005
HESS: Kosmischer Teilchenbeschleuniger entdeckt - 5. November 2004
HESS: Auf Teilchenjagd in Namibia - 30. September 2004
HESS: Supernova nahe des galaktischen Zentrums - 20. September 2004
HESS: Blaue Blitze aus dem Kosmos - 30. August 2002
Links im WWW
The H.E.S.S. project
 
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