Astronomen nutzten ein Teleskop-Array-Experiment in Utah, um ein hochenergetisches kosmisches Teilchen namens „Amaterasu“ mit einer beispiellosen Energie von 244 EeV zu entdecken. Diese seltene kosmische Strahlung ist mit dem historischen „Oh-My-God“-Teilchen vergleichbar, aber ihr Ursprung und ihre Zusammensetzung werfen Fragen auf.

Ein hochenergetisches Teilchen ist aus dem Weltraum auf die Erdoberfläche gefallen – es ist unklar, woher es kam oder was es ist. Das klingt vielleicht wie etwas aus einem Science-Fiction-Roman, ist aber tatsächlich eine wissenschaftliche Realität, wie die Forschung von Toshihiro Fujii, außerordentlicher Professor an der Graduate School of Science der Osaka Metropolitan University und dem Nanbu Yoichiro Institute for Theoretical and Experimental Physics, zeigt.

Wissenschaftler werden ein unbekanntes, extrem energiereiches Teilchen, das aus dem Weltraum entdeckt wurde, nach einem japanischen Mythos benennen.

Illustration hochenergetischer kosmischer Strahlung „Amaterasu-Partikel“, beobachtet vom Oberflächendetektorarray des Telescope Array Experiments. Quelle: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Takeshige Ryunosuke

Kosmische Strahlung sind hochenergetische geladene Teilchen, die aus der Milchstraße und darüber hinaus stammen. Extrem energiereiche kosmische Strahlung ist so selten, dass sie 1.018 Elektronenvolt oder 1 Angström Elektronenvolt (EeV) überschreiten kann, was etwa eine Million Mal stärker ist als der leistungsstärkste jemals gebaute Beschleuniger.

Künstlerische astronomische Karte der ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung im Kontrast zu schwächeren kosmischen Strahlen, die durch elektromagnetische Felder beeinflusst werden, um extrem energiereiche Phänomene zu veranschaulichen. Quelle: Osaka Metropolitan University/Kyoto University/Takeshige Ryunosuke

Um diese kosmische Strahlung aus dem Weltraum zu verfolgen, begannen Professor Fujii und ein internationales Team von Wissenschaftlern im Jahr 2008 mit der Durchführung von Teleskop-Array-Experimenten. Dieser spezialisierte Detektor für kosmische Strahlung besteht aus 507 Szintillator-Oberflächenstationen, die ein riesiges Erfassungsgebiet von 700 Quadratkilometern in Utah, USA, abdecken. Am 27. Mai 2021 entdeckten Forscher ein Teilchen mit einer Energie von bis zu 244 EeV.

Professor Fujii sagte: „Als ich diese ultrahochenergetische kosmische Strahlung zum ersten Mal entdeckte, dachte ich, dass es sich um einen Fehler handeln muss, da sie ein in den letzten 30 Jahren beispielloses Energieniveau aufwies. Diese Energie entspricht der kosmischen Strahlung mit der höchsten Energie, die jemals beobachtet wurde, bekannt als „Oh-My-God“-Teilchen, dessen Energie bei seiner Entdeckung im Jahr 1991 auf eine Energie von 320 EeV geschätzt wurde.“

Animationen aufgezeichneter Signale und Ereignisse hochenergetischer Teilchen, sogenannter Amaterasu-Teilchen. Quelle: Osaka Metropolitan University

Unter den vielen in Frage kommenden Teilchennamen entschieden sich Professor Fujii und seine Kollegen schließlich für „Amaterasu“. „Amaterasu“ ist im Shinto-Glauben der Name der Sonnengöttin, die eine wichtige Rolle bei der Geburt Japans spielte.

Amaterasu-Partikel könnten genauso geheimnisvoll sein wie die japanische Göttin selbst. Woher kommt es? Was genau ist das? Diese Probleme bestehen immer noch. Es besteht die Hoffnung, dass Amaterasu-Partikel den Weg zur Aufdeckung der Ursprünge der kosmischen Strahlung ebnen werden.

Professor Fujii murmelte: „Es wurde kein vielversprechender Himmelskörper gefunden, der der Ankunftsrichtung der kosmischen Strahlung entspricht, was darauf hindeutet, dass es unbekannte astronomische Phänomene und neue physikalische Ursprünge jenseits des Standardmodells geben könnte. In Zukunft werden wir weiterhin Teleskop-Array-Experimente durchführen und detailliertere Untersuchungen zur Quelle dieses extrem energiereichen Teilchens durchführen, und zwar durch unser fortlaufend verbessertes Experiment mit vierfacher Empfindlichkeit (genannt TAx4) und das Observatorium der nächsten Generation.“