In einer bahnbrechenden Studie, die heute in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, haben Forscher die einzigartigen Eigenschaften des dichten Sternhaufens Terzan 5 genutzt, um neues Licht auf das Verhalten von kosmischen Strahlen und die magnetischen Felder zu werfen, die ihre Bahnen beeinflussen. Dieses himmlische Labor, das sich in einem Teil der Milchstraße befindet, der sich derzeit schnell durch den Weltraum bewegt, bot eine beispiellose Gelegenheit, zu messen, wie kosmische Strahlen ihre Bahnen aufgrund von Schwankungen in interstellaren Magnetfeldern verändern.
Ursprung der kosmischen Strahlen
Kosmische Strahlen, hochenergetische Teilchen, die sich mit fast Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum bewegen, faszinieren Wissenschaftler seit ihrer Entdeckung durch den österreichisch-amerikanischen Physiker Victor Hess im Jahr 1912. Hess‘ Beobachtungen zeigten, dass die Strahlungswerte mit der Höhe zunahmen, selbst während Sonnenfinsternissen, was darauf hindeutet, dass diese Strahlen aus dem Weltraum und nicht von der Erde stammen. Diese Entdeckung markierte ein neues Kapitel im Verständnis von Strahlungsquellen, indem kosmische Strahlen von der auf der Erde gefundenen radioaktiven Strahlung unterschieden wurden.
Obwohl kosmische Strahlen vor mehr als einem Jahrhundert entdeckt wurden, bleiben ihr genauer Ursprung und ihr Verhalten zum Teil ein Rätsel. Diese Teilchen, einschließlich Atomkerne und Elementarteilchen wie Protonen und Elektronen, werden durch Magnetfelder abgelenkt. Dieses Phänomen macht es schwierig, ihren Ursprung zurückzuverfolgen, da ihre Bahnen unregelmäßig werden, wenn sie auf diese Felder treffen, ähnlich wie alte Kathodenstrahlröhren (CRT) Magnetfelder zur Steuerung von Elektronen nutzten.
Terzan 5
Terzan 5, ein kugelförmiger Sternhaufen in der Nähe des galaktischen Zentrums, spielte eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung unseres Wissens über kosmische Strahlen. Dieser Sternhaufen enthält eine große Anzahl von Millisekundenpulsaren – hochmagnetisierte, schnell rotierende Neutronensterne – die kosmische Strahlen auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigen. Obwohl diese kosmischen Strahlen aufgrund magnetischer Ablenkungen nicht direkt zur Erde gelangen, kann ihre Anwesenheit durch Gammastrahlen nachgewiesen werden, die entstehen, wenn kosmische Strahlen mit Photonen des Sternenlichts kollidieren. Im Gegensatz zu kosmischen Strahlen werden Gammastrahlen nicht von Magnetfeldern beeinflusst und reisen in einer geraden Linie zur Erde.
Ein faszinierender Aspekt von Terzan 5 ist die beobachtete Verschiebung der Gammastrahlen relativ zu den erwarteten Positionen der Sterne im Sternhaufen. Diese Verschiebung, die 2011 entdeckt wurde, verwirrte Astronomen, bis eine neue Erklärung gefunden wurde. Terzan 5 befindet sich derzeit auf einer schnellen und weiten Umlaufbahn, die ihn periodisch aus der galaktischen Ebene hinausführt. Während sich der Sternhaufen mit mehreren hundert Kilometern pro Sekunde durch die Milchstraße bewegt, erzeugt er einen magnetischen „Schweif“, ähnlich dem eines Kometen im Sonnenwind.
Die Reise von Terzan 5 zur Erde
Die von Terzan 5 ausgesandten kosmischen Strahlen reisen zunächst entlang dieses magnetischen Schweifs. Da der Schweif nicht zur Erde zeigt, werden die von diesen kosmischen Strahlen erzeugten Gammastrahlen aus unserer Sichtlinie projiziert. Aufgrund magnetischer Schwankungen ändern sich die Bahnen dieser kosmischen Strahlen schließlich, und einige beginnen, in Richtung Erde zu zeigen. Dieser Prozess dauert etwa 30 Jahre, was dazu führt, dass die Gammastrahlen relativ zum Sternhaufen selbst verschoben erscheinen, da sie aus einer Region stammen, die etwa 30 Lichtjahre entfernt ist.
Diese Entdeckung hat es Wissenschaftlern erstmals ermöglicht, die Zeit zu messen, die nötig ist, damit magnetische Schwankungen die Richtung kosmischer Strahlen verändern. Diese Messung ist entscheidend, um Theorien über interstellare Magnetfelder und deren Schwankungen zu überprüfen, und bringt Forscher näher an das Verständnis der kosmischen Strahlung heran, die vor mehr als einem Jahrhundert erstmals von Victor Hess entdeckt wurde. Durch das Prisma von Terzan 5 haben Astrophysiker wertvolle Einblicke in die dynamischen Wechselwirkungen zwischen kosmischen Strahlen und den Magnetfeldern unserer Galaxie gewonnen, was einen bedeutenden Fortschritt in der Astrophysik darstellt.
