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MEERKAT
Von Synchrotron-Harfen und Weihnachtsbäumen
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam
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24. Dezember 2019

Mit Radioteleskopen wurden schon seit Jahren flächige Strukturen im Zentrum der Milchstraße beobachtet. Detailliertere Beobachtungen zeigen nun Filamente, die an Harfen und Weihnachtsbäume erinnern. Ihre Analyse verrät den Forscherinnen und Forschern etwas über den Transportprozess der kosmischen Strahlung und hilft ein jahrzehntelanges Rätsel zu lösen.

Synchrotron-Harfe

Radio-Synchrotron-Harfe und Weihnachtsbaum im galaktischen Zentrum. Bild: T. Thomas (AIP) / MeerKat [Großansicht]

Die inneren Regionen unserer Galaxie, der Milchstraße, zeichnen sich durch große Mengen an warmem Gas, kosmischer Strahlung und erhöhte Radioemission aus. "Radioastronomen beobachten schon seit Jahren flächige Strukturen im galaktischen Zentrum. Neuere Beobachtungen mit dem MeerKAT-Teleskop in Südafrika zeigen, dass diese in Gruppen von fast parallelen Filamenten angeordnet sind, die sich über mehrere Lichtjahre erstrecken", erzählt Timon Thomas vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). "Die Filamente sind scheinbar ihrer Länge nach sortiert, so dass sie wie die Saiten einer Harfe aussehen."

Die Forscherinnen und Forscher aus Potsdam und vom Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Garching tauften diese Objekte daher Radio-Synchrotron-Harfen. Synchrotron ist die Bezeichnung des Mechanismus, der Radiostrahlung durch Beschleunigung von geladenen Teilchen wie Elektronen in Magnetfeldern erzeugt. "Die beobachteten Strukturen entstehen, wenn massereiche Sterne oder Pulsare geordnete Magnetfeldstrukturen durchfliegen und dabei entlang ihrer Bahn kosmische Strahlungsteilchen in diese Magnetfelder entladen," erklärt Prof. Dr. Christoph Pfrommer vom AIP. "Die Teilchen breiten sich entlang der Magnetfeldlinien aus, meist quer zur Sternenbahn, lassen die Magnetfelder im Radiobereich aufleuchten und wie die Saiten einer Harfe erscheinen."

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Der genaue Transportprozess der Teilchen war bisher ein Mysterium. Die Forscher gehen nun davon aus, dass die einzelnen Saiten die chronologische Abfolge zeigen, in der die Teilchen sich vom Ort ihrer Freisetzung entlang der Magnetfeldlinien ausbreiteten. Wäre diese Ausbreitung ein Diffusionsprozess, also eine ungerichtete Eigenbewegung der einzelnen Teilchen, sollten die Objekte abgerundete Glockenformen aufweisen, was sie aber nicht tun.

Durch die Vermessung einer der Harfen sowie detaillierte Modellrechnungen konnten die Astrophysiker nun zeigen, dass die Teilchen stattdessen wie in einem Fluss gemeinsam strömen. Damit ist die Strömung der wichtigste Transportprozess der kosmischen Strahlung. "Hierbei 'zupfen' die Teilchen quasi an den Saiten und regen dabei die Magnetfelder zu Schwingungen an, welche wiederum die Teilchen zu einem strömenden Fluid zusammenhalten," erläutert Torsten Enßlin vom MPA, der Initiator der Studie.

Mit dieser Erkenntnis zur Weihnachtszeit sei, so das Team, das jahrzehntealte Rätsel um den Transport der Teilchen kosmischer Strahlung geklärt: Hauptsächlich strömen die Teilchen, entgegen der bisherigen Annahme, die voranging von Diffusion ausging. Die Ergebnisse wurden jetzt in einem Fachartikel beschrieben, der bei den Astrophysical Journal Letters zur Veröffentlichung eingereicht wurde.

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siehe auch
MeerKAT: Der Radiohimmel über Südafrika - 4. Dezember 2014
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam
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