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Auf der Suche nach dem Ursprung des Amaterasu-Teilchens
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Physik
astronews.com
6. Februar 2026
Kosmische Strahlung besteht aus energiereichen Partikeln und
dürften aus den extremsten Umgebungen im Universum stammen. Ihre Untersuchung
ist für die Forschung also äußerst interessant. 2021 wurde mit dem Amaterasu-Teilchen
ein besonderes energiereiches Teilchen registriert. Über seinen Ursprung haben
sich zwei Wissenschaftlerinnen nun Gedanken gemacht.
Die Starburst-Galaxie Messier 82 in einer
Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble.
Bild: NASA, ESA und das Hubble
Heritage Team (STScI / AURA). Acknowledgement: J.
Gallagher (University of Wisconsin), M. Mountain
(STScI) und P. Puxley (NSF) [Großansicht] |
Astroteilchen sind Boten aus dem All, mit deren Hilfe Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler das Universum erforschen. Francesca Capel und Nadine
Bourriche vom Max-Planck-Institut für Physik (MPP) haben eines der
energiereichsten kosmischen Teilchen untersucht, die jemals beobachtet wurden:
das Amaterasu-Teilchen, benannt nach der japanischen Sonnengöttin. Ihre Arbeit
stellt einen wichtigen Schritt zur Lösung des Rätsels um dessen Ursprung im
Universum dar. Zudem bietet sie einen neuen analytischen Ansatz, mögliche
Quellen ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung zu identifizieren.
Kosmische Strahlung besteht aus extrem schnellen, geladenen Teilchen, die
sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum bewegen. Das Amaterasu-Teilchen
wurde im Jahr 2021 vom Telescope-Array-Experiment in den USA entdeckt. Es trägt
die zweithöchste bisher jemals beobachtete Energieladung – etwa 40 Millionen Mal
mehr Energie als Teilchen im Beschleuniger Large Hadron Collider am
CERN. Solche Partikel sind äußerst selten und entstehen vermutlich in einigen
der extremsten Umgebungen des Universums. Das Astroteilchen "Amaterasu" schien
bisher aus einer kosmischen Region zu uns zu gelangen, die "Local Void" heißt –
ein Raum mit nur wenigen bekannten Galaxien oder energiereichen Objekten, die in
der Lage wären, ein solches Teilchen zu erzeugen. Diese Annahmen stellten die
Forschenden vor einem Rätsel.
In ihrer Studie zeigen Capel und Bourriche, dass der Ursprung des Teilchens
nicht auf eine scheinbar leere Region des Universums beschränkt sein muss.
Stattdessen könnte er in einem breiteren Spektrum nahegelegener kosmischer
Umgebungen liegen. "Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Amaterasu-Teilchen
eher in einer sternbildenden Galaxie wie M 82 entstanden ist, anstatt in einer
Region geringer Materiedichte wie dem Local Void", erläutert Bourriche. Diese
Schlussfolgerungen beruhen auf einer neuartigen, datengestützten Methode, mit
der die Forscherinnen den möglichen Weg des Teilchens durch den Weltraum
nachverfolgen.
Mithilfe detaillierter dreidimensionaler Simulationen der Ausbreitung
kosmischer Strahlung und ihrer Wechselwirkung mit Magnetfeldern wendet die
Studie eine statistische Technik an, die als "Approximate Bayesian Computation"
bekannt ist. "Dieser Ansatz vergleicht die Ergebnisse realistischer,
physikalisch fundierter Simulationen mit tatsächlichen Beobachtungsdaten",
erklärt Bourriche.
Durch die Kombination fortschrittlicher Simulationen mit modernen
statistischen Methoden konnten die Forscherinnen Wahrscheinlichkeitskarten
erstellen, die zeigen, wo das Teilchen entstanden sein könnte. Der in dieser
Studie entwickelte methodische Rahmen setzt wichtige Meilensteine für zukünftige
Forschungsarbeiten. Er bietet ein leistungsfähiges Werkzeug, um Beobachtungen
gezielt zu steuern und die Suche nach denjenigen kosmischen Quellen zu
verfeinern, die Teilchen auf derart extreme Energien beschleunigen können.
"Die Untersuchung ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung hilft uns,
besser zu verstehen, wie das Universum in der Lage ist, Materie auf solche
Energien zu beschleunigen", sagt Capel, die Leiterin der Forschungsgruppe
Astrophysical Messengers am MPP ist. "Gleichzeitig erlaubt sie uns, Umgebungen
zu identifizieren, in denen wir das Verhalten von Materie unter extremen
Bedingungen untersuchen können. Unser Ziel ist es, fortschrittliche statistische
Analysemethoden zu entwickeln, um die verfügbaren Daten bestmöglich
auszuschöpfen. So wollen wir ein tieferes Verständnis der möglichen Quellen
dieser energiereichen Teilchen gewinnen."
Die neuen Ansätze ergänzen bestehende Forschungsbemühungen, indem sie eine
engere Verbindung zwischen Theorie und Daten ermöglichen und Informationen aus
unterschiedlichen Beobachtungen zusammenführen. Über ihre Ergebnisse berichten
die Forscherinnen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift
The Astrophysical Journal
erschienen ist.
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