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H.E.S.S.
Das Geheimnis der unsichtbaren Gammaquellen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Tübingen
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13. April 2018

Mithilfe der H.E.S.S.-Teleskope in Namibia haben Astronomen bislang unzählige Quellen von energiereicher Gammastrahlung in der Milchstraße nachweisen können. Manche Quellen lassen sich allerdings schwer einem aus anderen Beobachtungen bekannten Objekt zuordnen. Nun ist es Forschern gelungen, das Rätsel einiger dieser Quellen zu lösen: Es könnte sich um unbekannte Supernova-Überreste handeln.

H.E.S.S.

Gammastrahlenquellen in der Milchstraße über den H.E.S.S.-Teleskopen in Namibia (Fotomontage). Bild: F. Acero, H. Gast & die H.E.S.S. Kollaboration [Großansicht]

Die H.E.S.S.-Teleskope der gleichnamigen Kollaboration durchmustern seit 15 Jahren die Milchstraße nach Quellen von Gammastrahlung. An dem Projekt ist unter anderem das Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen unter der Leitung von Professor Andrea Santangelo und Dr. Gerd Pühlhofer beteiligt. Sie interessieren sich für die Quellen sehr hochenergetischer Gammastrahlung im TeV-Energiebereich, also im Bereich von 1012 Elektronenvolt, was der billionenfachen Energie der sichtbaren Lichtquanten entspricht. Erstmals konnten sie Himmelsobjekte in der Milchstraße allein aufgrund der Aussendung solcher Strahlung klassifizieren: es handelt sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um Supernova-Überreste, die als Himmelsobjekte nach der Explosion massereicher Sterne zurückbleiben. 

Mehr als 200 TeV-Gammaquellen sind bisher sowohl in der Milchstraße als auch im extragalaktischen Raum bekannt. "Häufig können wir die Strahlung bekannten astrophysikalischen Objekten zuordnen, die bereits zuvor mit konventionellen Teleskopen in niedrigeren Frequenzbändern untersucht wurden, zum Beispiel im Bereich von optischen Wellenlängen oder Radiowellenlängen", erklärt Pühlhofer. "Interessanterweise wurden mit der systematischen Durchmusterung der Ebene der Milchstraße durch die H.E.S.S.-Teleskope aber auch viele neue Quellen entdeckt, die nicht oder nicht eindeutig mit Objekten in niedrigeren Frequenzbereichen assoziiert sind." Umgekehrt seien die Daten der TeV-Strahlung allein üblicherweise nicht ausreichend, um eine Quelle einem bestimmten Typ von astrophysikalischem Objekt zuzuordnen. "Diese nicht identifizierten Objekte bleiben ein großes Rätsel in der Gammastrahlenastronomie." 

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Doch die hochentwickelten H.E.S.S.-Teleskope lieferten so detailreiche Daten, dass die Forscher weitergekommen sind. "Zum ersten Mal sind wir nun in der Lage, nicht identifizierte TeV-Quellen allein durch eben diese Daten einer bestimmten Objektklasse zuzuordnen" sagt Pühlhofer. "Drei bestimmte Quellen sind mit hoher Wahrscheinlichkeit Supernova-Überreste."

Ein Supernova-Überrest ist ein Himmelsobjekt, das sich nach der Explosion eines massereichen Sterns am Ende seiner Lebensdauer ausbildet. Die Materie, die durch eine solche Explosion herausgeschleudert wird, führt zu Stoßwellen, die sich in den interstellaren Raum ausbreiten. Dort wird die Materie aufgeheizt und Teilchen auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt. Die Teilchen reagieren mit Licht und Gas in der Nähe ihres Entstehungsortes und produzieren dadurch sehr hochenergetische Gammastrahlen.

"Wir wissen seit über einem Jahrzehnt, dass manche der 300 bekannten Supernova-Überreste in unserer Galaxie stark im TeV-Licht strahlen", erklärt der Doktorand Daniel Gottschall aus Pühlhofers Forschungsgruppe. "Doch all diese Objekte waren schon aus Beobachtungen in anderen Wellenlängen bekannt und als Supernova-Überreste klassifiziert worden", ergänzt Massimo Capasso, ebenfalls Doktorand in der Forschungsgruppe.

Es bleibe die Frage, so Pühlhofer, warum diese Supernova-Überreste bisher jeder Beobachtung entgangen sind. "Sie sind so groß wie der Vollmond, allerdings sowohl für das menschliche Auge als auch für konventionelle, wie etwa optische, Teleskope völlig unsichtbar", erklärt der Astrophysiker. Er hält es für möglich, dass sie bei früheren Himmelsdurchmusterungen wegen ihrer Position in der Milchstraße und ihrer großen Ausdehnung nicht von den vielen anderen Objekten zu unterscheiden gewesen sind oder zumindest teilweise durch Gase im Vordergrund verdeckt sind.

"Eine aufregendere Möglichkeit wäre, dass die Supernova-Überreste sich in ihrer Zusammensetzung von den anderen großen Überresten, die bisher mit den H.E.S.S.-Teleskopen untersucht wurden, substanziell unterscheiden", sagt er. "Sie könnten zu einer speziellen Sorte von Supernova-Überresten gehören, deren Gammastrahlung durch Hadronen ausgelöst wird."

Für ihre weiteren Forschungen in der TeV-Gammastrahlen-Astronomie setzen die Wissenschaftler auf die noch empfindlicheren Geräte der nächsten Generation, das Cherenkov Telescope Array, das zurzeit entwickelt wird. Es soll im nächsten Jahrzehnt in Betrieb gehen und von der Erde aus ein noch genaueres Bild von der Gammastrahlung in der Milchstraße liefern.

Die Ergebnisse werden in einer Sonderausgabe des Fachjournals Astronomy & Astrophysics veröffentlicht, die zum 15-jährigen Bestehen der H.E.S.S.-Teleskope mit der bisher größten Datensammlung des Projekts erscheint.

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siehe auch
H.E.S.S.: Der Beschleuniger im Zentrum der Milchstraße - 17. März 2016
H.E.S.S.: Gammastrahlenquellen in unserer Nachbargalaxie - 23. Januar 2015
HESS: Kosmischer Teilchenbeschleuniger entdeckt - 5. November 2004
HESS: Auf Teilchenjagd in Namibia - 30. September 2004
HESS: Blaue Blitze aus dem Kosmos - 30. August 2002
Links im WWW
Universität Tübingen
H.E.S.S.
H.E.S.S.-Sonderausgabe von Astronomy & Astrophysics
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