Astronomen haben eine der stärksten kosmischen Strahlen entdeckt, die jemals beobachtet wurden – und sie wurde aus einem mysteriösen Teil des Weltraums auf die Erde gestrahlt.
Das kosmische Phänomen trug die Energie von 240 Trillionen Elektronenvolt – das sind 240 Milliarden Milliarden (gefolgt von 18 Nullen).
Zum Vergleich: Ein typischer Blitz hat eine Spannung von etwa 300 Millionen Volt.
Der kosmische Strahl – nach der Sonnengöttin in der japanischen Mythologie Amaterasu genannt – wurde im Mai 2021 von einem Teleskopsystem in Utah von Wissenschaftlern entdeckt, die ihn als „beispiellos“ in der Neuzeit bezeichneten.
Amaterasu ist nicht nur eine der stärksten kosmischen Strahlen, die jemals beobachtet wurden, sondern könnte auch aus einem unsichtbaren Korridor oder einer „Leere … im Universum“ stammen.
Wissenschaftler nutzten das Telescope Array in Utah, um die Richtung der ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung zu verfolgen, indem sie aufzeichneten, welche Detektoren in welcher Reihenfolge aufleuchteten. Das Problem ist, dass sie immer noch nicht wissen, woher es kommt
Bei der kosmischen Strahlung handelt es sich um Ansammlungen winziger, hochenergetischer Teilchen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen.
Sie werden häufig von Instrumenten auf der Erde entdeckt und sind häufig das Ergebnis von Sonneneruptionen oder Explosionen auf der Sonne.
Wissenschaftler sagen jedoch, dass Amaterasu nur aus dem stärksten Himmelsereignis entstanden sein könnte – viel größer als eine Sternexplosion.
Professor Toshihiro Fujii von der Osaka Metropolitan University in Japan, der das vom Telescope Array-Experiment in Utah erfasste Phänomen beobachtete.
Er sagte: „Als ich diese ultrahochenergetische kosmische Strahlung zum ersten Mal entdeckte, dachte ich, dass es sich um einen Fehler handeln musste, da sie ein in den letzten drei Jahrzehnten beispielloses Energieniveau aufwies.“
„Es wurde kein vielversprechendes astronomisches Objekt identifiziert, das der Richtung entspricht, aus der die kosmische Strahlung eintraf, was auf die Möglichkeit unbekannter astronomischer Phänomene und neuartiger physikalischer Ursprünge jenseits des Standardmodells schließen lässt.“
John Matthews, Forschungsprofessor an der Fakultät für Physik und Astronomie der University of Utah in den USA, sagte: „Dinge, die Menschen als energiegeladen betrachten, wie Supernovae, sind dafür bei weitem nicht energiereich genug.“
„Man benötigt enorme Energiemengen und wirklich hohe Magnetfelder, um das Teilchen einzuschließen, während es beschleunigt wird.“
Mit 240 Trillionen Elektronenvolt (EeV) hat das Amaterasu-Teilchen eine Energie, die nur von der des Oh-My-God-Teilchens übertroffen wird, einem weiteren ultrahochenergetischen kosmischen Strahl, der 1991 entdeckt wurde und eine Energie von 320 EeV besitzt.
Wenn ultrahochenergetische kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre trifft, löst sie eine Kaskade aus Sekundärteilchen und elektromagnetischer Strahlung aus, die als ausgedehnter Luftschauer bezeichnet wird.
Einige geladene Teilchen im Luftschauer bewegen sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit und erzeugen eine Art elektromagnetische Strahlung, die mit speziellen Instrumenten nachgewiesen werden kann.
Ein solches Instrument ist das Observatorium Telescope Array in Utah, USA, das das Amaterasu-Teilchen gefunden hat.
Dieses mysteriöse Ereignis schien aus der lokalen Leere hervorzugehen, einem leeren Raumbereich an der Grenze der Milchstraße.
Die Experten vermuten, dass dies auf eine viel größere magnetische Ablenkung als vorhergesagt, eine nicht identifizierte Quelle im lokalen Hohlraum oder ein unvollständiges Verständnis der Physik hochenergetischer Teilchen hinweisen könnte.
Professor Matthews sagte: „Die Teilchen sind so energiereich, dass sie nicht von galaktischen und extragalaktischen Magnetfeldern beeinflusst werden sollten.“
„Sie sollten in der Lage sein, zu zeigen, woher sie am Himmel kommen.“
„Aber im Fall des Oh-My-God-Teilchens und dieses neuen Teilchens verfolgt man seine Flugbahn bis zu seiner Quelle, und es gibt nichts, das energiereich genug ist, um es zu erzeugen.“
„Das ist das Geheimnis daran – was zum Teufel ist los?“
Sie hoffen, dass das Amaterasu-Teilchen den Weg für weitere Untersuchungen ebnen wird, die Aufschluss über ultrahochenergetische kosmische Strahlung und deren Herkunft geben könnten.
John Belz, Professor an der Fakultät für Physik und Astronomie der University of Utah, sagte: „Diese Ereignisse scheinen von völlig anderen Orten am Himmel zu kommen.“
„Es ist nicht so, dass es eine einzige mysteriöse Quelle gibt.“
„Es könnten Defekte in der Struktur der Raumzeit sein, kollidierende kosmische Strings.“
„Ich meine, ich spucke nur verrückte Ideen aus, die den Leuten einfallen, weil es keine konventionelle Erklärung gibt.“
Das Telescope Array ist ein landgestütztes Observatorium, das etwa 700 Quadratkilometer Wüste in Utah abdeckt.
UHECRs fallen nur etwa einmal pro Jahrhundert und Quadratkilometer, daher ist ein so großes Instrument erforderlich, um auch nur einen zu erkennen.
Die Studie erschien am Donnerstag in der Fachzeitschrift Wissenschaft.