Theoretische Weltraum- und Astrophysik

Abb. 1: Falschfarbendarstellung des gesamten Himmels im Licht hochenergetischer Gammastrahlung.

In Abbildung 1, einer Darstellung des gesamten Himmels im Licht der hochenergetischen Gammastrahlung, fällt auf, dass die hellste Struktur die Milchstrasse selbst ist. Anders als im Optischen wird die Gammastrahlung der Milchstrasse nicht durch Sterne erzeugt, sondern durch die Kosmische Strahlung, energiereiche Protonen, Elektronen und andere Teilchen, die auch mit Ballonexperimenten am Ort der Erde direkt gemessen werden können. Es wird vermutet, dass die Kosmische Strahlung in Supernovaresten erzeugt wird, als Folge der Energiefreisetzung bei Sternexplosionen.

In Abbildung 2 sieht man die von beschleunigten Elektronen verursachte Radiostrahlung eines solchen Supernovarestes. Abseits des hellen Bands der Milchstrasse sind viele, quasi punktförmige Quellen zu sehen. Während nur eine einzige von ihnen als eine normale Galaxie, die Grosse Magellansche Wolke, identifiziert werden kann, sind über fünfzig mit Aktiven GalaktischenKernen (AGN, von active galactic nuclei) zu erklären, mysteriösen Gebilden, die in einem Gebiet von der Grösse des Sonnensystems eine Strahlungsleistung erzeugen können, die der von Billiarden Sonnen entspricht.

Abb. 2: Radiostrahlung eines jungen Supernovarestes im Sternbild Kassiopeia.

Doch zunächst, was bezeichnet man eigentlich als Aktiven Galaktischen Kern? Einige Prozent von allen Galaxien zeigen einen kompakten Kern, der viel heller ist als die Milliarden Sterne, die die eigentliche Galaxie bilden. Diese Objekte werden entsprechend ihrer Eigenschaften im Optischen und im Radiobereich in verschiedene Klassen eingeordnet. So sind beispielsweise Quasare als sehr leuchtstarke, kompakte Objekte anzusehen, die starke Emissionslinien zeigen neben einer variablen, kontinuierlichen Strahlung, die nicht von Sternen erzeugt wird. Blazare andererseits zeigen nur schwache Emissionslinien, aber eine sehr starke Variabilität ihrer Strahlung.Interessanterweise strahlen einige dieser AGN den Grossteilihrer Leuchtkraft als Gammastrahlung ab.Waskann diese intensive Strahlung hervorrufen? Und auch, was sind die ``Umweltbedingungen'' in solchen Systemen? Faszinierende Fragen, die wir zu beantworten versuchen.

Abb. 3: Gammastrahlungskarte einer kleinen Himmelsgegend im Abstand von sechs Wochen.

Wie in Abbildung 3 zu sehen, zeigen viele der AGN im Gammalicht starke Schwankungen ihrer Helligkeit, teilweise auf das Zehnfache und mehr. Physikalisch begrenzt dies die Grösse des Emissionsgebiets, da die Information Quelle an/Quelle aus sich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Die sich ergebende räumliche Ausdehnung entspricht der des Sonnensystems; es kann aber auch sein, dass die Systeme noch kleiner sind, da die schnellsten gefundenen Variationen an der Grenze dessen liegen, was heute nachgewiesen werden kann.

Die bisherigen Forschungsergebnisse haben unser Verständnis der Erzeugung von Teilchen höchster Energie schon deutlich geändert. Wenn auch nicht alle Resultate eine eindeutige Aussage geliefert haben, so können wir doch sicher sein, dem Verständnis der faszinierenden Landschaft des Universums mit ihren Jets, schwarzen Löchern und leistungsstarken Teilchenbeschleunigern ein Stück näher zu kommen.