Schlagwort: Gammastrahlung

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Fermis wissenschaftliche Stichwahl

Das Gammastrahlenteleskop Fermi im Weltraum feiert sein 10-jähriges Jubiläum. Die Grafik veranschaulicht einige wichtige Erkenntnisse, die mit Fermi gelungen sind.
Bildcredit: NASA, DOE, International Fermi LAT Collaboration, Jay Friedlander (Goddard Spaceflight Center)

Das Weltraumteleskop Fermi der NASA startete am 11. Juni 2008 in die Umlaufbahn. Fermis Instrumente messen Gammastrahlen. Das ist Licht, das Tausende bis Hunderte Milliarden Mal mehr Energie transportiert als das Licht, das unsere Augen sehen.

Nun dauert Fermis energiereiche Forschung schon zehn Jahre. Die Reise führte zu einer Fülle erstaunlicher Entdeckungen. Dazu gehören extreme Umgebungen, aber auch unser Planet. Manches liegt sogar im fernen Universum. Wählt eins von Fermis bisherigen Ergebnissen, das ihr besonders interessant findet!

Fermi feiert seinen 10. Jahrestag. Die gewählten Bilder zeigen 16 wissenschaftliche Ergebnisse. Sie sind zu Gruppen angeordnet. Folgt diesem Link und wählt in der ersten Runde aus jedem Paar eure Favoriten. Alle zwei Wochen findet die Wahl der nächsten Runde statt. Der Sieger wird am 6. August veröffentlicht. Es ist der zehnte Jahrestag, an dem die ersten wissenschaftlichen Daten von Fermi präsentiert wurden.

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GW170817: Spektakuläre Verschmelzung in mehreren Wellenlängen entdeckt

Erklärungsvideo-Credit: Bildgebungslabor der NASA

Bei einer explosiven Verschmelzung wurden erstmals kurz nacheinander Gravitationswellen und elektromagnetische Strahlung gemessen. Die Daten des Ausbruchs passen zu einer Spirale, auf der zwei Neutronensterne in einem Binärsystem am Ende verschmelzen. Der Vorgang ähnelte einer Explosion. Er wurde am 17. August in der elliptischen Galaxie NGC 4993 beobachtet, die nur 130 Millionen Lichtjahre entfernt ist.

Erst kamen die Gravitationswellen an. Die Observatorien LIGO und Virgo auf der Erde wurden gemeinsam eingesetzt, um sie zu messen. Sekunden später sah das Fermi-Teleskop im Orbit Gammastrahlen. Ein paar Stunden später beobachteten Hubble und andere Observatorien ihr Licht im ganzen elektromagnetischen Spektrum.

Dieses Erklärvideo zeigt den wahrscheinlichen Ablauf. Heiße Neutronensterne nähern sich auf spiralförmigen Bahnen. Dabei senden sie Gravitationswellen aus. Als sie verschmelzen, bricht ein mächtiger Strahl hervor. Es ist ein kurzer Gammablitz. Dann werden Wolken ausgeworfen. Später folgt eine optische Art von Supernovae, die als Kilonova bezeichnet wird.

Erstmals passen die Entdeckungen zusammen. Sie bestätigen, dass bei LIGO-Ereignissen kurze Gammablitze auftreten. Wenn große Neutronensterne verschmelzen, verteilen sie vermutlich viele schwere Atomkerne im Universum. Dazu gehört Jod, das für Leben notwendig ist. Uran und Plutonium brauchen wir für Kernspaltung. Vielleicht habt auch ihr ein Andenken solcher Explosionen. Sie sind vermutlich die ursprüngliche Quelle von Gold.

Artikel von LIGO und LCO

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An der Quelle des Goldes

Zwei Himmelskörper sind vor einem dunklen Sternenhimmel dargestellt. Der obere ist dunkel mit goldenen Schlieren, der untere ist von einer strahlenden blauen Korona umgeben.

Illustrationscredit: Dana Berry, NASA

Woher kommt das Gold in eurem Schmuck? Das wissen wir nicht genau. Die durchschnittliche Menge an Gold im Sonnensystem ist anscheinend höher, als dass sie im frühen Universum, in Sternen und sogar bei typischen Supernovaexplosionen entstanden sein könnte.

Schwere Elemente wie Gold enthalten viele Neutronen. Viele glauben, dass sie am ehesten bei seltenen Explosionen entstanden sind, an denen viele Neutronen beteiligt sind. So ein Ereignis wäre, wenn Neutronensterne kollidieren.

Die Illustration zeigt, wie sich zwei Neutronensterne auf einer spiralförmigen Bahn einander näher kommen. Kurz danach kollidieren sie. Wenn Neutronensterne kollidieren, entstehen dabei vielleicht kurze Ausbrüche von Gammastrahlen. Vielleicht habt ihr schon ein Andenken an eine der mächtigsten Explosionen im Universum – in Form von Gold.

Hinweis: Das nächste APOD kommt während der Bekanntgabe einer NSF-Entdeckung mit Pressekonferenz am Montag.

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Fermi zeigt den Mond im Licht von Gammastrahlen

Mitten in dem rot-schwarz gepixelten Bild leuchtet ein gelbes Licht. Es ist der Mond, der Gammastrahlung reflektiert. Das Bild stammt vom Gammastrahlen-Teleskop Fermi im Weltraum.

Bildcredit: NASA, DOE, Internationale Fermi-Arbeitsgemeinschaft LAT

Stellt euch vor, wir könnten nur Gammastrahlen sehen, deren Photonen bis zu einer Milliarde Mal die Energie von sichtbarem Licht haben – oder mehr. Dann wäre der Mond heller als die Sonne! Die Grundlage dieser überraschenden Idee ist dieses neue Bild des Mondes. Es entstand aus Daten des Instruments Large Area Telescope (LAT) an Bord des Gammastrahlen-Teleskops Fermi im Weltraum. Die Daten wurden in den ersten sieben Betriebsjahren von 2008 bis 2015 gesammelt.

Fermis Ansicht in Gammastrahlen zeigt zwar keine Details der Mondoberfläche. Doch die Gammastrahlung mitten in der Falschfarbenkarte strahlt sehr hell. Das Licht stimmt mit der Größe und der Position des Mondes überein. Die hellsten Bildpunkte entsprechen den markantesten Strukturen der lunaren Gammastrahlen.

Warum ist der Mond im Licht von Gammastrahlen so hell? Die sehr energiereichen geladenen Teilchen werden als kosmische Strahlung bezeichnet. Sie strömen durch das Sonnensystem und treffen ständig die ungeschützte Mondoberfläche. Dabei entsteht das Leuchten in Gammastrahlung. Kosmische Strahlung kommt aus allen Richtungen. Daher ist der Mond im Gammastrahlenlicht immer voll und zeigt keine Phasen.

Das erste Bild des Mondes in Gammastrahlung stammt vom Instrument EGRET. Es befand sich an Bord des Gammastrahlen-Teleskops Compton im Weltraum, das vor 25 Jahren startete.

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Ferne Neutrinos unter dem Eis der Antarktis aufgespürt

Oben ist ein Bild des IceCube-Observatoriums im Eis der Antarktis. Darunter ist eine Illustration der Detektoren, die Teilchen messen. Sie sind im Eis eingefroren.

Bildcredit: IceCube-Arbeitsgemeinschaft, U. Wisconsin, NSF

Woher kommen diese Neutrinos? Das Neutrino-Observatorium IceCube befindet sich in der Nähe des Südpols der Erde. Es begann, fast unsichtbare Teilchen mit sehr hoher Energie aufzuspüren. Diese Teilchen sind Neutrinos, die kaum mit Materie wechselwirken. Sie durchdringen kurz vor ihrer Ortung fast die ganze Erde. Es ist ein Rätsel, woher sie stammen.

Hier ist das antarktische Labor IceCube abgebildet. Die Skizze unter dem Foto zeigt lange Detektorstränge. Sie sind im kristallklaren Eis darunter eingefroren.

Mögliche Quellen der kosmischen Neutrinos sind die stürmische Umgebung sehr massereicher Schwarzer Löcher. Sie befinden sich in den Zentren ferner Galaxien. Vielleicht stammen die Neutrinos auch von gewaltigen Sternexplosionen wie Supernovae oder Gammablitzen im fernen Universum, die ihren Höhepunkt erreichen. Wenn IceCube künftig immer mehr energiereiche Neutrinos aufspürt, lösen wohl Übereinstimmungen mit bekannten Objekten dieses kosmische Rätsel. Vielleicht erfahren wir es aber auch nie.

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Gammastrahlen-Regen von 3C 279

Bildcredit: NASA, DOE, International Fermi LAT Collaboration

Wenn Gammastrahlen Regentropfen wären, sieht der Ausbruch eines sehr massereichen Schwarzen Lochs etwa so aus. Nicht besonders sanft fielen von 14. bis 16. Juni Photonen von Gammastrahlung auf das Weltraumteleskop Fermi, das Gammastrahlen misst. Die Energie der Photonen reichte bis 50 Milliarden Elektronenvolt. Sie stammten von der aktiven Galaxie 3C 279, die etwa 5 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.

Jeder „Tropfen“ der Gammastrahlung ist in dieser Zeitraffer-Visualisierung ein wachsender Kreis. Seine Farbe und die maximale Größe zeigen die gemessene Energie des Gammastrahls. Es beginnt mit einem leichten Nieseln im Hintergrund. Plötzliche kommt ein Platzregen, der dann wieder abebbt. Es ist der heftige, energiereiche Ausbruch.

Die kreative, beruhigende Präsentation des historisch hellen Ausbruchs zeigt einen 5 Grad breiten Bereich am Gammastrahlen-Himmel. Er ist auf 3C 279 zentriert.

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WR 104: Ein Windrad-Sternsystem

Das Bild wirkt abstrakt. Es zeigt eine wirbelnde Spirale, die innen von Rot nach Gelb, Grün, Cyan, Königsblau und Purpur verläuft. An den äußeren Rändern wirkt das Muster wie ein wirbelndes Windrad.

Bildcredit und Bildrechte: P. Tuthill (U. Sydney) und J. Monnier (U. Michigan), Keck Obs., ARC, NSF

Könnte uns dieses gewaltige Windrad eines Tages vernichten? Wahrscheinlich nicht. Aber die Forschung an dem ungewöhnlichen Sternsystem Wolf-Rayet 104 zeigte eine unerwartete Gefahr. Das ungewöhnliche Windradmuster entstand durch energiereiche Winde aus Gas und Staub. Sie strömen aus und greifen ineinander, weil sich zwei massereiche Sterne umkreisen.

Ein Teil des Systems ist ein Wolf-Rayet-Stern. Er ist eine tosende Kugel in der letzten Phase vor einer Supernovaexplosion. Die Supernova kann in den nächsten Millionen Jahren jederzeit explodieren.

Das Spiralmuster im abgestoßenen Staub wird untersucht. Man vermutet, dass wir fast senkrecht auf die Rotationsachse des Systems blicken. Möglicherweise ist das auch die Achse, in der ein mächtiger Strahl ausgestoßen wird, falls bei der Supernova ein Gammablitz aufleuchtet.

Zwar ist die Supernova WR 104 selbst ein wahrscheinlich eindrucksvolles, aber harmloses Spektakel. Wenn aber die Erde vom mächtigen Gammablitz getroffen wird, reicht die Entfernung von 8000 Lichtjahren zur Explosion vielleicht nicht aus, um uns zu schützen. Derzeit wissen wir zu wenig über WR 104 und allgemein über Gammablitze, um die echte Gefahr abzuschätzen.

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Dunkle Materie im Zentrum der Galaxis?

Das linke der beiden Bilder ist ein Rohbild vom galaktischen Zentrum. Rechts wurden Gammaquellen abgezogen. Dabei blieb ein Überschuss. In den Bildmitten sind bunte Kerne, die von lila und blauen Nebeln umgeben sind.

Bildcredit: T. Daylan et al., Weltraumteleskop Fermi, NASA

Wie entstehen Gammastrahlen im Zentrum der Milchstraße? Die Spannung steigt. Eine Erklärung könnte lauten: durch schwer fassbare Dunkle Materie. In den letzten Jahren kartierte das Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi das Zentrum der Galaxis in Gammastrahlen. Wiederholte detailreiche Analysen zeigen: Der Bereich um das galaktische Zentrum wirkt zu hell, als dass man es mit bekannten Gammastrahlen-Quellen erklären könnte.

Das Rohbild links oben zeigt die galaktische Zentralregion in Gammastrahlen. Im rechten Bild wurden alle bekannten Quellen abgezogen. Dabei blieb ein unerwarteter Überschuss. Ein faszinierendes hypothetisches Modell könnte das Ausmaß erklären. Es enthält eine Art Dunkler Materie, die als WIMPs bekannt sind. Es sind Teilchen, die mit sich selbst kollidieren und dabei die Gammastrahlen erzeugen könnten, die beobachtet wurden.

Diese Hypothese ist allerdings umstritten. Es gibt Diskussionen und detailreichere Untersuchungen. Die Natur Dunkler Materie zu erkennen ist eine der großen Aufgaben moderner Wissenschaft. Denn diese ungewöhnliche Art kosmologisch allgegenwärtiger Materie macht sich nur durch Gravitation bemerkbar.

Astrophysik: 750+ Codes in der Astrophysik-Quellcode-Bibliothek

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