Eine revolutionäre „neue Linse“ für Einblicke in hochenergetische Teilchen im Universum

Wissenschaftler der Osaka Metropolitan University nutzten das Subaru-Teleskop, um die kosmische Strahlung mit beispielloser Klarheit zu beobachten. Diese neue Methode könnte zu wichtigen Entdeckungen über das Universum führen, einschließlich Einblicken in die Dunkle Materie. SubaruHyperSuprime-Cam beobachtete einen großflächigen Luftschauer kosmischer Strahlung mit beispielloser Präzision.

Duschen im Badezimmer bringen uns Komfort, während Duschen aus dem Weltraum den Astrophysikern Freude bereiten. Wissenschaftler der Osaka Metropolitan University haben mit ihrer neuartigen Methode großräumige Ströme kosmischer Strahlung mit beispielloser Präzision beobachtet und damit eine neue Tür zu unserem Verständnis der energiereichsten Teilchen im Universum geöffnet.

Wenn hochenergetische kosmische Strahlen mit der Erdatmosphäre kollidieren, erzeugen sie große Mengen an Partikeln, die als ausgedehnter Regen bekannt sind. Ein Forschungsteam unter der Leitung von außerordentlichem Professor Toshihiro Fujii und Doktorand Fraser Bradfield von der Graduate School of Science der Osaka Metropolitan University und dem Nanbu Yoichiro Institute for Theoretical Physics hat herausgefunden, dass die ursprüngliche Fokus-Weitfeldkamera, die am Subaru-Teleskop auf Hawaiis Vulkan Mauna Kea installiert ist, diese großräumigen Luftströme mit extrem hoher Auflösung erfassen kann.

Ein Beispiel für einen ausgedehnten Schauer kosmischer Strahlung, der vom Subaru-Teleskop aufgezeichnet wurde. Die hervorgehobenen Flugbahnen sind größtenteils in ähnliche Richtungen ausgerichtet und zeigen Gasregenpartikel, die durch hochenergetische kosmische Strahlung induziert werden. Quelle: Nationales Astronomisches Observatorium Japans, HyperSuprime-Cam (HSC) Collaboration Group

Subaru-Teleskope sind für die beobachtende Astronomie konzipiert. Kosmische Strahlung erscheint auf Beobachtungsbildern als „Flugbahnen“, die Zielsterne oder Galaxien verdecken, und wird von gängigen astronomischen Datenverarbeitungsmethoden als Rauschen behandelt. Es ist jedoch dieses „Rauschen“, auf das sich die Forschung des Teams konzentriert. Durch die Analyse von etwa 17.000 Bildern, die zwischen 2014 und 2020 aufgenommen wurden, identifizierte das Team 13 Bilder, die große Mengen an Luftströmungen zeigten. Die Bilder zeigen eine weitaus größere Anzahl von Teilchenbahnen als üblich.

Professor Fujii erklärt: „Konventionelle Beobachtungsmethoden haben Schwierigkeiten, die Arten von Partikeln zu unterscheiden, aus denen großräumige Gasschauer bestehen. Unsere Methode ermöglicht es, die Eigenschaften einzelner Partikel zu bestimmen.“ Er fügte hinzu: „Darüber hinaus hoffen wir, durch die Kombination unserer Methode mit traditionellen Methoden unser Verständnis großräumiger Gasströme zu vertiefen. Diese Technik könnte es uns ermöglichen, nach dunkler Materie oder anderen exotischen Teilchen zu suchen und so mehr Informationen über den Übergang des Universums zu einem von Materie dominierten Zeitalter zu liefern.“

Ihre Forschungsergebnisse werden am 12. Oktober 2023 in Scientific Reports veröffentlicht.