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.
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 IceCubeabgebildet. 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.
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.
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.
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 ungewöhnliche Ansicht von Erde und Himmel entstand mit dem Large Area Telescope des Gammastrahlenobservatoriums Fermi in der Umlaufbahn. Sie wird von Gammastrahlen bestimmt. Die Beobachtungsdaten für dieses Bild wurden aufgenommen, wenn das Zentrum unserer Milchstraße nahe am Zenit stand, also direkt über dem Satelliten Fermi. Im Bild befindet sich der Zenit in der Bildmitte.
Die Erde und der Nadir befinden sich genau unter dem Satelliten. Sie verlaufen am Rand des Bildes. So entstand eine Projektion der Erde und des ganzen Himmels aus Fermis Blickwinkel in der Umlaufbahn.
Das Farbschema hat eine logarithmische Skala. Gammastrahlen mit geringer Intensität wird in Blau gezeigt. Strahlung mit hoher Intensität ist in gelblichen Farbtönen abgebildet. Das hellere Gammastrahlenleuchten unseres Planeten flutet den Rand des Bildfeldes. Der intensiv gelbe Ring zeigt den Erdrand. Gammastrahlenquellen am Himmel in der relativ blassen Milchstraße sind diagonal über die Mitte verteilt.
Fermi wurde am 11. Juni 2008 gestartet, um das energiereiche Universum zu erforschen. Diese Woche feierte Fermi den 2000. Tag im niedrigen Erdorbit.
Im nahen Universum fand eine gewaltige Explosion statt. Nun ermitteln Großteleskope auf der ganzen Welt und im All. Der Gammablitz trägt die Bezeichnung GRB 130427A. Er wurde zuerst vom Satelliten Swift im Erdorbit im energiereichen Röntgenspektrum entdeckt. Dieser meldete den Ausbruch rasch der Erde.
Nur drei Minuten später fand das Teleskop ISON die Explosion im sichtbaren Licht. Es stellte seine extreme Helligkeit fest und gab genauere Koordinaten weiter. ISON in New Mexico hat einen halben Meter Durchmesser.
In den nächsten Minuten wurde die helle optische Entsprechung von mehreren rasch ausrichtbaren Teleskopen verfolgt. Dazu gehörten das 2-Meter-Teleskop P60 in Kalifornien, das 1,3-Meter-Teleskop PAIRTEL in New Mexico und das 2 Meter große Faulkes Telescope North auf Hawaii.
In nur zwei Stunden ermittelte das 8,2-Meter-Teleskop Gemini Nord auf Hawaii eine Rotverschiebung von 0,34. Damit positionierte es die Explosion in eine Entfernung von etwa 3,6 Milliarden Lichtjahren. Das ist in kosmologischen Größenordnungen relativ nahe.
Daten der RAPTOR-Ganzhimmelsüberwachung wurden analysiert. Sie wurden schon zuvor aufgenommen. Dabei entdeckt man eine sehr helle optische Entsprechung mit 7,4 Größenklassen. Diese trat 50 Sekunden vor dem Swift-Auslöseimpuls auf.
GRB 130427A war der hellste Ausbruch der letzten Jahre. Auch das Very Large Array VLA detektierte in energiearmen Radiowellenlängen ein Signal von GRB 130427A. Auch der Satellit Fermi maß es, und zwar in den höchsten je gemessenen Energiebereichen.
Neutrinodetektoren, Gravitationswellenteleskope und Observatorien, die für das Aufspüren extrem energiereicher Photonen gebaut wurden, suchen in ihren Daten nach einem Signal von GRB 130427A.
Diese Animation zeigt, wie der ganze Gammastrahlenhimmel einen Augenblick lang vom intensiven Leuchten von GRB 130427A überstrahlt wird. Die optische Entsprechung wird weithin beobachtet, denn es besteht die Möglichkeit, dass bald das Leuchten einer klassischen Supernova folgt.
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