Ein Teleskop-Array-Experiment hat zum ersten Mal eine extrem energiereiche kosmische Strahlung entdeckt, die Zweifel an ihrem Ursprung aufkommen lässt, da sie auf die Leere des Universums hinweist und aktuelle Theorien über den Ursprung der kosmischen Strahlung und die Hochenergiephysik in Frage stellt. Forscher, die an einem Teleskop-Array-Experiment beteiligt waren, gaben die Entdeckung einer kosmischen Strahlung außergewöhnlicher Energie bekannt.

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

Dieses Teilchen stammt von außerhalb der Milchstraße und hat eine erstaunliche Energie von mehr als 240 Angström Elektronenvolt (EeV). Trotz dieser bedeutenden Entdeckung bleibt sein genauer Ursprung unklar, da seine Ankunftsrichtung nicht auf eine bekannte astronomische Einheit hinweist.

Bei kosmischer Strahlung handelt es sich um subatomar geladene Teilchen aus dem Weltraum, von denen ultrahochenergetische kosmische Strahlen (UHECRs) eine seltene und ungewöhnlich starke Art sind. Die Energie dieser ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung übersteigt 1 EeV, was etwa einer Million Mal der Energie menschlicher Teilchenbeschleuniger entspricht. Es wird angenommen, dass sie von den energiereichsten Phänomenen im Universum herrühren, beispielsweise von Schwarzen Löchern, Gammastrahlenausbrüchen und aktiven Galaxienkernen. Ihre genaue Physik und Beschleunigungsmechanismen sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Die Häufigkeit dieser hochenergetischen kosmischen Strahlung ist so gering – sie wird auf weniger als ein Teilchen pro Quadratkilometer alle hundert Jahre geschätzt –, dass ihr Nachweis selten ist und Instrumente mit riesigen Sammelflächen erfordert.

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

Einzigartige Entdeckung der Teleskopanordnung

Am 27. Mai 2021 detektierte das „Telescope Array“ (TA)-Experiment, ein großflächiges Oberflächendetektor-Array in Utah mit einer effektiven Erfassungsfläche von 700 Quadratkilometern, erfolgreich einen ultrahochfrequenten elektromagnetischen Impuls mit einer Energie von etwa 244 EeV, der von epochaler Bedeutung ist.

Die Forscher weisen darauf hin, dass das Teilchen aufgrund seiner extrem hohen Energie nur relativ wenig durch das Vordergrundmagnetfeld abgelenkt werden sollte und seine Ankunftsrichtung daher eher mit seiner Quelle verknüpft sein dürfte. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass seine Ankunftsrichtung weder auf eine offensichtliche Quellgalaxie noch auf andere bekannte Objekte schließen lässt, die als potenzielle UHECR-Quellen gelten.

Stattdessen deutet seine Ankunftsrichtung auf ein Loch in der großräumigen Struktur des Universums hin – eine Region mit sehr wenigen Galaxien. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dies auf eine viel größere magnetische Ablenkung als von Modellen des Magnetfelds der Milchstraße vorhergesagt, auf eine unbekannte Quelle in der extragalaktischen Nachbarschaft oder auf ein unvollständiges Verständnis der damit verbundenen Hochenergieteilchenphysik hinweisen könnte.

Referenzen:

DOI:10.1126/science.abo5095

Zusammengestellte Quelle:

ScitechDaily