Schlagwort: Fermi

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Neutrino trifft zeitgleich mit fernem Blazarstrahl ein

Links ist eine rotierende Scheibe in dunkle Wolken eingebettet. Daraus schießt ein Strahl nach rechts oben.
Illustrationscredit: DESY, Labor für Wissenschaftskommunikation

Unter dem Südpol der Erde sind Geräte tief im Eis eingefroren. Damit entdeckte man anscheinend ein Neutrino aus dem fernen Universum. Falls das bestätigt wird, ist das der erste eindeutige Nachweis von Neutrinos, die kosmologisch weit entfernt sind. Es wäre der Beginn eines beobachteten Zusammenhangs zwischen energiereichen Neutrinos und kosmischer Strahlung, die entsteht, wenn aus aufflackernden Quasaren (Blazare) mächtige Ströme schießen.

Der Detektor IceCube befindet sich in der Antarktis. Im September 2017 maß er ein energiereiches Neutrino. Gleich darauf suchten viele der größten Observatorien im sichtbaren Licht nach seinem Gegenstück. Und sie fanden es. Ein Gegenstück fand unter anderem das NASA-Observatorium Fermi im Weltraum. Der Gammastrahlen-Blazar TXS 0506+056 stand in der richtigen Richtung. Die Gammastrahlen eines Blitzes trafen fast gleichzeitig mit dem Neutrino ein. Diese Übereinstimmung von Position und Zeit ist statistisch stark, und es ist nicht die einzige. Dennoch warten Astronomys auf weitere ähnliche Zusammenhänge zwischen Neutrinos und Blazar-Licht, denn sie möchten ganz sicher gehen.

Diese Darstellung ist eine Illustration. Darauf strömt ein Teilchenstrahl aus einem Schwarzen Loch im Zentrum des Blazars.

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Endlich GLAST

Der Kopf einer Rakete steigt aus einer dichten Rauchwolke auf in den blauen Himmel. Die Szene wird von der Sonne beschienen. Von unten beleuchtet der Feuerschweif der Rakete die Abgaswolke.
Bildcredit:  NASA, DOE, Arbeitsgemeinschaft Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi

Diese Delta-II-Rakete stieg vor langer Zeit von einem sehr nahen Planeten auf und hinterließ eine wogende Rauchwolke. Am 11. Juni 2008 verließ sie um 12:05 Uhr EDT die Startrampe 17-B der Luftwaffenstation Cape Canaveral. In der Ladebucht war GLAST verstaut, ein Großflächen-Weltraumteleskop für Gammastrahlen.

Die Technik für die Detektoren von GLAST wurde für den Einsatz in Teilchenbeschleunigern auf der Erde entwickelt. Damit sucht GLAST im Orbit nach Gammastrahlen, die in einer extremen Umgebung über der Erde oder im fernen Universum entstehen. So eine Umgebung kann ein sehr massereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer fernen aktiven Galaxie sein. Auch die Quellen mächtiger Gammablitze gehören dazu. Diese gewaltigen kosmischen Beschleuniger erreichen Energien, die in einem Labor auf der Erde nicht möglich sind.

Das Teleskop für Gammastrahlen im Weltraum heißt nun Fermi. Am 10. Jahrestag seines Starts mögen die Wissenschaftsendspiele Fermi beginnen.

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Fermis wissenschaftliche Stichwahl

Das Gammastrahlenteleskop Fermi im Weltraum feiert sein 10-jähriges Jubiläum. Die Grafik veranschaulicht einige wichtige Erkenntnisse, die mit Fermi gelungen sind.
Bildcredit: NASA, DOE, International Fermi LAT Collaboration, Jay Friedlander (Goddard Spaceflight Center)

Das Weltraumteleskop Fermi der NASA startete am 11. Juni 2008 in die Umlaufbahn. Fermis Instrumente messen Gammastrahlen. Das ist Licht, das Tausende bis Hunderte Milliarden Mal mehr Energie transportiert als das Licht, das unsere Augen sehen.

Nun dauert Fermis energiereiche Forschung schon zehn Jahre. Die Reise führte zu einer Fülle erstaunlicher Entdeckungen. Dazu gehören extreme Umgebungen, aber auch unser Planet. Manches liegt sogar im fernen Universum. Wählt eins von Fermis bisherigen Ergebnissen, das ihr besonders interessant findet!

Fermi feiert seinen 10. Jahrestag. Die gewählten Bilder zeigen 16 wissenschaftliche Ergebnisse. Sie sind zu Gruppen angeordnet. Folgt diesem Link und wählt in der ersten Runde aus jedem Paar eure Favoriten. Alle zwei Wochen findet die Wahl der nächsten Runde statt. Der Sieger wird am 6. August veröffentlicht. Es ist der zehnte Jahrestag, an dem die ersten wissenschaftlichen Daten von Fermi präsentiert wurden.

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GW170817: Spektakuläre Verschmelzung in mehreren Wellenlängen entdeckt

Erklärungsvideo-Credit: Bildgebungslabor der NASA

Bei einer explosiven Verschmelzung wurden erstmals kurz nacheinander Gravitationswellen und elektromagnetische Strahlung gemessen. Die Daten des Ausbruchs passen zu einer Spirale, auf der zwei Neutronensterne in einem Binärsystem am Ende verschmelzen. Der Vorgang ähnelte einer Explosion. Er wurde am 17. August in der elliptischen Galaxie NGC 4993 beobachtet, die nur 130 Millionen Lichtjahre entfernt ist.

Erst kamen die Gravitationswellen an. Die Observatorien LIGO und Virgo auf der Erde wurden gemeinsam eingesetzt, um sie zu messen. Sekunden später sah das Fermi-Teleskop im Orbit Gammastrahlen. Ein paar Stunden später beobachteten Hubble und andere Observatorien ihr Licht im ganzen elektromagnetischen Spektrum.

Dieses Erklärvideo zeigt den wahrscheinlichen Ablauf. Heiße Neutronensterne nähern sich auf spiralförmigen Bahnen. Dabei senden sie Gravitationswellen aus. Als sie verschmelzen, bricht ein mächtiger Strahl hervor. Es ist ein kurzer Gammablitz. Dann werden Wolken ausgeworfen. Später folgt eine optische Art von Supernovae, die als Kilonova bezeichnet wird.

Erstmals passen die Entdeckungen zusammen. Sie bestätigen, dass bei LIGO-Ereignissen kurze Gammablitze auftreten. Wenn große Neutronensterne verschmelzen, verteilen sie vermutlich viele schwere Atomkerne im Universum. Dazu gehört Jod, das für Leben notwendig ist. Uran und Plutonium brauchen wir für Kernspaltung. Vielleicht habt auch ihr ein Andenken solcher Explosionen. Sie sind vermutlich die ursprüngliche Quelle von Gold.

Artikel von LIGO und LCO

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Fermi zeigt den Mond im Licht von Gammastrahlen

Mitten in dem rot-schwarz gepixelten Bild leuchtet ein gelbes Licht. Es ist der Mond, der Gammastrahlung reflektiert. Das Bild stammt vom Gammastrahlen-Teleskop Fermi im Weltraum.

Bildcredit: NASA, DOE, Internationale Fermi-Arbeitsgemeinschaft LAT

Stellt euch vor, wir könnten nur Gammastrahlen sehen, deren Photonen bis zu einer Milliarde Mal die Energie von sichtbarem Licht haben – oder mehr. Dann wäre der Mond heller als die Sonne! Die Grundlage dieser überraschenden Idee ist dieses neue Bild des Mondes. Es entstand aus Daten des Instruments Large Area Telescope (LAT) an Bord des Gammastrahlen-Teleskops Fermi im Weltraum. Die Daten wurden in den ersten sieben Betriebsjahren von 2008 bis 2015 gesammelt.

Fermis Ansicht in Gammastrahlen zeigt zwar keine Details der Mondoberfläche. Doch die Gammastrahlung mitten in der Falschfarbenkarte strahlt sehr hell. Das Licht stimmt mit der Größe und der Position des Mondes überein. Die hellsten Bildpunkte entsprechen den markantesten Strukturen der lunaren Gammastrahlen.

Warum ist der Mond im Licht von Gammastrahlen so hell? Die sehr energiereichen geladenen Teilchen werden als kosmische Strahlung bezeichnet. Sie strömen durch das Sonnensystem und treffen ständig die ungeschützte Mondoberfläche. Dabei entsteht das Leuchten in Gammastrahlung. Kosmische Strahlung kommt aus allen Richtungen. Daher ist der Mond im Gammastrahlenlicht immer voll und zeigt keine Phasen.

Das erste Bild des Mondes in Gammastrahlung stammt vom Instrument EGRET. Es befand sich an Bord des Gammastrahlen-Teleskops Compton im Weltraum, das vor 25 Jahren startete.

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Gammastrahlen-Regen von 3C 279

Bildcredit: NASA, DOE, International Fermi LAT Collaboration

Wenn Gammastrahlen Regentropfen wären, sieht der Ausbruch eines sehr massereichen Schwarzen Lochs etwa so aus. Nicht besonders sanft fielen von 14. bis 16. Juni Photonen von Gammastrahlung auf das Weltraumteleskop Fermi, das Gammastrahlen misst. Die Energie der Photonen reichte bis 50 Milliarden Elektronenvolt. Sie stammten von der aktiven Galaxie 3C 279, die etwa 5 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.

Jeder „Tropfen“ der Gammastrahlung ist in dieser Zeitraffer-Visualisierung ein wachsender Kreis. Seine Farbe und die maximale Größe zeigen die gemessene Energie des Gammastrahls. Es beginnt mit einem leichten Nieseln im Hintergrund. Plötzliche kommt ein Platzregen, der dann wieder abebbt. Es ist der heftige, energiereiche Ausbruch.

Die kreative, beruhigende Präsentation des historisch hellen Ausbruchs zeigt einen 5 Grad breiten Bereich am Gammastrahlen-Himmel. Er ist auf 3C 279 zentriert.

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Holometer: Ein Mikroskop in Zeit und Raum

Das Bild zeigt einen Spiegel des Holometers, das sich am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) befindet. Es soll herausfinden, ob es einen Grundtyp holografischer Schwankungen gibt.

Bildcredit: C. Hogan, Fermilab

Wie stark unterscheiden sich Raum und Zeit in einem sehr kleinen Maßstab? Im Bereich der winzigen Planck-Einheiten treten Quanteneffekte in den Vordergrund, die normalerweise nicht wahrnehmbar sind. Um diesen ungewohnten Bereich zu erforschen, nahm ein neu entwickeltes Instrument seinen Betrieb auf. Es wird als Holometer bezeichnet und befindet sich am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab). Das Fermilab befindet sich in der Nähe von Chicago im US-Bundesstaat Illinois.

Das Instrument soll herausfinden, ob leichte, gleichzeitige Erschütterungen eines Spiegels in zwei Richtungen einen Grundtyp holografischer Schwankungen zutage fördern, der immer einen Mindestwert übersteigt. Oben seht ihr einen Endspiegel des Holometer-Prototyps.

Die Entdeckung eines holografischen Rauschens wäre sicherlich bahnbrechend. Doch die Abhängigkeit solcher Schwankungen von einer spezifischen Laborlängenskala würde manche Leute, die sich für die Raumzeit interessieren, überraschen.

Ein Grund dafür ist die Lorentz-Invarianz, die in Einsteins spezieller Relativitätstheorie postuliert wurde. Sie besagt, dass alle Längenskalen relativ zu einem bewegten Beobachter verkürzt erscheinen, sogar die winzige Planckskala. Das Experiment ist einzigartig. Viele warten neugierig, was dabei herauskommt.

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Dunkle Materie im Zentrum der Galaxis?

Das linke der beiden Bilder ist ein Rohbild vom galaktischen Zentrum. Rechts wurden Gammaquellen abgezogen. Dabei blieb ein Überschuss. In den Bildmitten sind bunte Kerne, die von lila und blauen Nebeln umgeben sind.

Bildcredit: T. Daylan et al., Weltraumteleskop Fermi, NASA

Wie entstehen Gammastrahlen im Zentrum der Milchstraße? Die Spannung steigt. Eine Erklärung könnte lauten: durch schwer fassbare Dunkle Materie. In den letzten Jahren kartierte das Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi das Zentrum der Galaxis in Gammastrahlen. Wiederholte detailreiche Analysen zeigen: Der Bereich um das galaktische Zentrum wirkt zu hell, als dass man es mit bekannten Gammastrahlen-Quellen erklären könnte.

Das Rohbild links oben zeigt die galaktische Zentralregion in Gammastrahlen. Im rechten Bild wurden alle bekannten Quellen abgezogen. Dabei blieb ein unerwarteter Überschuss. Ein faszinierendes hypothetisches Modell könnte das Ausmaß erklären. Es enthält eine Art Dunkler Materie, die als WIMPs bekannt sind. Es sind Teilchen, die mit sich selbst kollidieren und dabei die Gammastrahlen erzeugen könnten, die beobachtet wurden.

Diese Hypothese ist allerdings umstritten. Es gibt Diskussionen und detailreichere Untersuchungen. Die Natur Dunkler Materie zu erkennen ist eine der großen Aufgaben moderner Wissenschaft. Denn diese ungewöhnliche Art kosmologisch allgegenwärtiger Materie macht sich nur durch Gravitation bemerkbar.

Astrophysik: 750+ Codes in der Astrophysik-Quellcode-Bibliothek

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