Von Günter Paul
14. November 2007 Immer wieder prasseln in Form kosmischer Strahlung subatomare Teilchen, darunter Kerne von Wasserstoff und anderen chemischen Elementen, auf die Erde herab. Aus welchen Quellen diese Teilchen stammen, hängt von ihrer Energie ab. Sterne wie unsere Sonne senden kosmische Strahlung mit geringer Energie aus. Die Anteile der Strahlung mit mittlerer Energie stammen von Sternexplosionen. Über den Ursprung der energiereichen Strahlung - die hundert Mal so energiereich ist wie die stärkste in Teilchenbeschleunigern erzeugte Strahlung - gab es bislang nur unterschiedliche Vermutungen. Messungen mit dem Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien - einem 3000 Quadratkilometer großen Messfeld in der Pampa Amarilla - haben die sogenannten aktiven Galaxienkerne, die von schwarzen Löchern gespeist werden, als Quellen identifiziert. Das berichten die Forscher jetzt in der Zeitschrift „Science“.
Die kosmische Strahlung verrät sich im Allgemeinen durch die Sekundärstrahlung, die sie in der Atmosphäre erzeugt. Das hat Pierre Auger, nach dem das Observatorium benannt wurde, im Jahr 1938 herausgefunden. Die Teilchen der Primärstrahlung kollidieren in großer Höhe mit den Atomkernen der Luft, wobei jeweils Milliarden von neuen Teilchen entstehen, die als kurz anhaltender Schauer die Erdoberfläche erreichen. Durch diesen Prozess wird die Richtung, aus der die Primärstrahlung stammt, verschleiert. Hinzu kommt, dass sich die energiereiche kosmische Strahlung nur sporadisch zeigt. Deshalb blieb gerade dieser Anteil, der von heftigen Ereignissen zeugt, rätselhaft. Mit sanften Kollisionen jedenfalls lassen sich die Energien bis zu einem Rekordwert von 300 Trillionen (3 · 1020) Elektronenvolt, der 1991 mit dem Fly's Eye Observatory der University of Utah registriert wurde, nicht erklären.
24 optische Teleskope
Viele Astronomen haben vermutet, dass kosmische Strahlung durch die extrem massereichen schwarzen Löcher in aktiven Galaxienkernen erzeugt wird. Wenn solche schwarzen Löcher sich Materie aus ihrer Umgebung einverleiben, entstehen in großen Mengen Teilchen. Es wird aber auch Strahlung in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums ausgesendet. Massereiche schwarze Löcher dürften sich in den Zentren praktisch aller Galaxien verbergen. Wenn die Galaxien bei genügend hoher Energie in allen Spektralbereichen „leuchten“, spricht man von aktiven Galaxienkernen. Andere mögliche Erklärungen für die Herkunft der energiereichen kosmischen Strahlung konnten aber nicht ausgeschlossen werden. An intensiv strahlende Radiogalaxien haben einige Astronomen gedacht. Andere schlugen Stoßfronten von Galaxienkollisionen oder exotische Quellen vor, etwa kosmische Strings.
Von dem Pierre-Auger-Observatorium versprach man sich von Anfang an die Lösung. Das Observatorium wird im Endausbau aus einem Netzwerk von 1600 Wassertanks samt Detektoren und 24 optischen Teleskopen bestehen. In den Wassertanks erzeugen die Sekundärteilchen der kosmischen Strahlung eine charakteristische Tscherenkow-Strahlung, die von den Detektoren registriert wird. Die Teleskope suchen am Himmel nach Fluoreszenzlicht, das der Schauer erzeugt hat. Aus den Daten der Wassertanks und der Teleskope lassen sich unter anderem Rückschlüsse auf die Herkunftsrichtung der kosmischen Strahlung ziehen. Mit dem Observatorium, dessen Detektorsystem zurzeit noch wächst, werden seit 2004 Messungen ausgeführt. Ein ähnliches, allerdings noch größeres Observatorium soll in den kommenden Jahren im amerikanischen Bundesstaat Colorado errichtet werden.
Rund ein Prozent Zufall
In den ersten gut dreieinhalb Jahren wurden mit dem Observatorium in Argentinien 77 kosmische Strahlen mit jeweils mindestens 40 Trillionen Elektronenvolt Energie registriert. Von den 27 energiereichsten dieser Ereignisse (mit mehr als 57 Trillionen Elektronenvolt Energie) kommen 20 innerhalb der Fehlergrenzen aus Richtungen, in denen aktive Galaxienkerne zu finden sind, von denen die Astronomen 318 kennen. Käme die kosmische Strahlung aus rein zufällig verteilten Richtungen, wären nur fünf oder sechs Übereinstimmungen zu erwarten. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die beobachtete Zuordnung zu den aktiven Galaxienkernen nicht real, sondern zufallsbedingt ist, beträgt rund ein Prozent.
Text: F.A.Z., 14.11.2007, Nr. 265 / Seite N1
Bildmaterial: Pierre Auger-Observatorium
