Schlagwort: Fermi

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Fermis zwölfjährige Gammastrahlenkarte des ganzen Himmels

Die abgebildete Karte des ganzen Himmels ist tiefblau gefärbt, waagrecht verläuft ein rotes Band, das an einigen Stellen gelb ist. Über den Himmel sind wenige helle Stellen verteilt.

Bildcredit: NASA, DOE, Fermi LAT-Arbeitsgemeinschaft; Text: Barb Mattson (U. Maryland, NASA’s GSFC)

Vergesst den Röntgenblick – stellt euch vor, was ihr mit dem Gammastrahlenblick sehen könntet! Diese Karte des ganzen Himmels zeigt, wie sich das Universum dem Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA präsentiert.

Fermi sieht Licht mit Energien, die ungefähr eine Milliarde Mal so stark sind, wie es das menschliche Auge sehen kann. Die Karte kombiniert 12 Jahre Fermi-Beobachtungen. Die Farben stehen für die Helligkeiten der Quellen der Gammastrahlung. Stärkere Quellen erscheinen in helleren Farben.

Der auffällige Streifen in der Mitte ist die Zentralebene unserer Milchstraße. Die meisten roten und gelben Punkte über und unter der Ebene der Milchstraße sind weit entfernte Galaxien. Die meisten Punkte in der Ebene sind nahe Pulsare.

Der blaue Hintergrund, der das Bild ausfüllt, ist das diffuse Leuchten von Gammastrahlung aus weit entfernten Quellen. Sie sind zu schwach, um sie voneinander zu unterscheiden. Manche Quellen von Gammastrahlung können nicht identifiziert werden und bleiben somit Forschungsobjekte – derzeit weiß niemand, was sie sind.

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GRB 221009A

Das Bild zeigt den Gammablitz GRB 221009A, der mit dem Weltraum-Gammastrahlenteleskop Fermi detektiert wurde.

Bildcredit: NASA, DOE, Fermi-LAT-Arbeitsgemeinschaft

Der Gammablitz GRB 221009A kündigt wahrscheinlich an, wie ein neues Schwarzes Loch entsteht. Es geschah vor langer Zeit im fernen Universum im Kern eines kollabierenden Sterns. Diese Animation entstand aus Daten des Gammastrahlen-Weltraumteleskops Fermi. Sie zeigt die extrem starke Explosion.

Fermi detektierte die Daten in Gammastrahlenenergie. Dabei spürte der Satellit Photonen mit einer Energie von mehr als 100 Millionen Elektronenvolt auf. Im Vergleich dazu haben Photonen in sichtbarem Licht eine Energie von etwa 2 Elektronenvolt. Links verläuft ein stetiges, energiereiches Gammastrahlenleuchten aus der Ebene unserer Milchstraße quer durch das 20 Grad große Bild. In der Mitte erscheint der flüchtige Gammablitz GRB 221009A und verblasst dann wieder. GRB 221009A war einer der hellsten Gammastrahlenausbrüche, die je detektiert wurden. Was Gammablitze betrifft, ist er relativ nahe, doch mit einer Distanz von etwa 2 Milliarden Lichtjahren ist er immer noch weit entfernt.

Fermis Large Area Telescope (LAT) kreist im niedrigen Erdorbit und erfasste die Gammastrahlen-Photonen des Ausbruchs in einem Zeitraum von mehr als 10 Stunden. Die energiereiche Strahlung von GRB 221009A fegte letzten Sonntag, dem 9. Oktober, über den Planeten Erde hinweg.

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Supernova-Kanone stößt Pulsar J0002 aus

Die Illustration zeigt einen Supernova-Überrest mit einer Linie, die sich nach rechts unten erstreckt und die Spur eines Neutronensterns darstellt.

Bildcredit: F. Schinzel et al. (NRAO, NSF), Kanadische Vermessung der galaktischen Ebene (DRAO), NASA (IRAS); Komposition: Jayanne English (U. Manitoba)

Was kann einen Neutronenstern wie eine Kanonenkugel hinausschießen? Eine Supernova. Vor etwa 10.000 Jahren zerstörte die Supernova, die den nebeligen Überrest CTB 1 erzeugte, nicht nur einen massereichen Stern, sondern schleuderte außerdem den neu entstandenen Neutronensternkern – einen Pulsar – in die Milchstraße hinaus.

Der Pulsar rotiert 8,7 Mal pro Sekunde. Er wurde mithilfe der zum Download angebotenen Software Einstein@Home entdeckt. Diese Software durchsucht die Daten des Gammastrahlenobservatoriums Fermi der NASA im Weltraum.

Der Pulsar PSR J0002+6216 (kurz J0002) rast mit mehr als 1000 km pro Sekunde durchs All. Er hat den Supernovaüberrest CTB 1 bereits hinter sich und ist sogar schnell genug, um die Galaxis zu verlassen. Auf diesem Bild ist die Spur des Pulsars gut erkennbar, sie führt vom Supernovaüberrest nach links unten.

Das Bild ist eine Kombination aus Radiobildern der Radioobservatorien VLA und DRAO sowie Archivdaten des Infrarot-Weltraumobservatoriums IRAS der NASA. Wir wissen, dass Supernovae wie Kanonen agieren können, und auch, dass sich Pulsare wie Kanonenkugeln verhalten können – doch wir wissen nicht, wie Supernovae das zustande bringen.

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Supernovakanone stößt den Pulsar J0002 aus

Mitten im Bild ist eine Blase, aus der links unten ein Strahl hinausragt. Das Bild erinnert an Luftblasen unter Wasser. Rechts oben ist ein blaues Nebelgebilde.

Bildcredit: F. Schinzel et al. (NRAO, NSF), Kanadische Durchmusterung der galaktischen Ebene (DRAO), NASA (IRAS); Komposition: Jayanne English (U. Manitoba)

Was kann einen Neutronenstern wie eine Kanonenkugel ausstoßen? Eine Supernova. Vor etwa 10.000 Jahren zerstörte die Supernova, die den nebeligen Überrest CTB 1 erzeugte, einen massereichen Stern. Doch zusätzlich schleuderte sie den neuen Kern eines Neutronensterns – einen Pulsar – in die Milchstraße hinaus.

Der Pulsar rotiert 8,7-mal pro Sekunde um seine Achse. Er wurde bei dem Projekt Einstein@Home entdeckt. Es durchsucht Daten des NASA-Weltraumteleskops Fermi für Gammastrahlen. Der Pulsar PSR J0002+6216 (kurz J0002) rast mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1000 Kilometern pro Sekunde dahin. Er hat den Supernovaüberrest CTB 1 bereits verlassen und ist schnell genug, um aus unserer Galaxis hinauszukommen. Die Spur des Pulsars beginnt links unter dem Supernovaüberrest.

Dieses Bild ist ein Komposit. Die Daten dafür stammen von den Radio-Observatorien VLA und DRAO sowie dem Infrarotobservatorium IRAS der NASA. Wir wissen, dass sich Supernovae wie Geschütze und Pulsare wie Kanonenkugeln verhalten können. Doch wie Supernovae das anstellen, wissen wir nicht.

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Röntgen-Superblasen in der Galaxie NGC 3079

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Röntgen: NASA, CXC, U. Michigan, J-T Li et al.; Optisch: NASA, STScI

Beschreibung: Wie entstanden diese gewaltigen galaktischen Superblasen? Zwei dieser ungewöhnlichen Blasen, von denen jede Tausende Lichtjahre misst, wurden kürzlich nahe dem Zentrum der Spiralgalaxie NGC 3079 entdeckt. Die Riesenblasen – rechts im Bild in Violett abgebildet – sind so heiß, dass sie Röntgenlicht abstrahlen, das vom Röntgenobservatorium Chandra der NASA in der Erdumlaufbahn detektiert wurde.

Da die Blasen über das Zentrum von NGC 3079 reichen, lautet eine führende Hypothese, dass sie irgendwie durch eine Wechselwirkung des zentralen, sehr massereichen Schwarzen Lochs mit dem umgebenden Gas erzeugt wurden. Andernfalls könnten die Riesenblasen vorwiegend durch die energiereichen Winde vieler junger, heißer Sternen in der Nähe des Galaxienzentrums entstanden sein. Das einzige ähnliche Phänomen, das wir kennen, sind Gammastrahlen emittierende Fermi-Blasen, die vom Zentrum unserer Milchstraße ausströmen, und die vor 10 Jahren auf Bildern des NASA-Satelliten Fermi entdeckt wurden.

Die Erforschung der NGC 3079-Superblasen wird sicherlich fortgesetzt, aber auch die Suche nach energiereichen Riesenblasen in anderen Galaxien.

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Kosmische Strahlen aus Minnesota

Das Archivbild zeigt cyanfarbene Streifen auf einem Raster. Es stammt von archive.org. Der Link zur ursprünglichen Site ist nicht mehr aktuell.
Bildcredit: Fermilab, NuMI, NOvA Collaboration

Kosmische Strahlung aus dem All rast jede Sekunde durch den Körper. Doch für gewöhnlich schadet sie nicht. Das Bild zeigt einige dieser schnellen Teilchen. Sie ziehen Streifen auf dem NOvA Far Detector des Fermilabs, der in Ash River in Minnesota in den USA steht. Das Bild stammt aus dem Archiv. Es visualisiert kosmische Strahlen, die in einem kleinen Bruchteil dieser Zeit auftraten, und es zeigt hauptsächlich eine Teilchenart: Myonen.

Der NOvA Far Detector misst jedoch nicht kosmische Strahlung, sondern in erster Linie einen Strahl aus Neutrinos. Dieser entsteht 810 Kilometer entfernt vom Fermilab in Chicago in Illinois (USA) von NuMI und schießt von dort aus durch die Erde. Man erwartet jedoch nur wenige Neutrino-Ereignisse pro Woche von NOvA. Das NuMI–NOvA-Experiment soll uns helfen, die Natur der Neutrinos besser zu erforschen. Wir möchten zum Beispiel wissen, wie oft sie auf ihrer Reise die Art wechseln.

Kosmische Strahlung wurde erst vor etwa 100 Jahren entdeckt. Sie kann nicht nur das Gedächtnis eines Computers verändern, sondern führte vermutlich auch zu Mutationen der DNS, bei denen schließlich der Mensch entstand.

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Fermis Finalisten der Wissenschaft

Die beiden Illustrationen zeigen links Gammastrahlenblasen über und unter der Ebene der Milchstraße, rechts kollidierende Neutronensterne, die Gravitationswellen hervorriefen.
Illustrationscredit: NASA, DOE, International Fermi LAT Collaboration, Jay Friedlander (Goddard-Raumfahrtzentrum)

Das Teleskop Fermi für Gammastrahlen im Weltraum erforscht seit 10 Jahren das Universum der Hochenergie. Das feiern wir mit einer wissenschaftlichen Stichwahl. Es gibt zwei Finalisten, die alle früheren Runden der Abstimmung gewonnen haben. Nun treten sie gegeneinander an.

Beide Bilder sind digitale Illustrationen. Sie gehören zu einer Liste mit den 16 besten Entdeckungen von Fermi. Die Spitzenkandidaten im Wettbewerb setzten sich im Halbfinale durch. Ihre Rivalen waren der 12. und der 14. Eintrag: „Neue Hinweise auf Dunkle Materie“ und „Sternbeben in einem Magnetarsturm„.

Das linke Bild zeigt neu entdeckte Gammastrahlenblasen über und unter der Ebene der Milchstraße. Sie sind 25.000 Lichtjahren groß und wurden nicht vorhergesagt. Rechts kollidieren Neutronensterne und verschmelzen. Es war das erste Ereignis mit Gravitationswellen, das durch Gammastrahlen entdeckt wurde.

Aus Fermis erster Dekade der Forschung wurde das beliebteste Ergebnis gewählt.

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Neutrino trifft zeitgleich mit fernem Blazarstrahl ein

Links ist eine rotierende Scheibe in dunkle Wolken eingebettet. Daraus schießt ein Strahl nach rechts oben.
Illustrationscredit: DESY, Labor für Wissenschaftskommunikation

Unter dem Südpol der Erde sind Geräte tief im Eis eingefroren. Damit entdeckte man anscheinend ein Neutrino aus dem fernen Universum. Falls das bestätigt wird, ist das der erste eindeutige Nachweis von Neutrinos, die kosmologisch weit entfernt sind. Es wäre der Beginn eines beobachteten Zusammenhangs zwischen energiereichen Neutrinos und kosmischer Strahlung, die entsteht, wenn aus aufflackernden Quasaren (Blazare) mächtige Ströme schießen.

Der Detektor IceCube befindet sich in der Antarktis. Im September 2017 maß er ein energiereiches Neutrino. Gleich darauf suchten viele der größten Observatorien im sichtbaren Licht nach seinem Gegenstück. Und sie fanden es. Ein Gegenstück fand unter anderem das NASA-Observatorium Fermi im Weltraum. Der Gammastrahlen-Blazar TXS 0506+056 stand in der richtigen Richtung. Die Gammastrahlen eines Blitzes trafen fast gleichzeitig mit dem Neutrino ein. Diese Übereinstimmung von Position und Zeit ist statistisch stark, und es ist nicht die einzige. Dennoch warten Astronomys auf weitere ähnliche Zusammenhänge zwischen Neutrinos und Blazar-Licht, denn sie möchten ganz sicher gehen.

Diese Darstellung ist eine Illustration. Darauf strömt ein Teilchenstrahl aus einem Schwarzen Loch im Zentrum des Blazars.

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