Beschreibung: Woher kommen diese Neutrinos? Das IceCube-Neutrino-Observatorium in der Nähe des Südpols der Erde begann, fast unsichtbare Teilchen mit sehr hoher Energie aufzuspüren. Diese kaum wechselwirkenden Neutrinos durchdringen kurz vor ihrer Ortung fast die ganze Erde, und es ist ein Rätsel, woher sie stammen. Das antarktische Labor IceCube ist hier zusammen mit einer Skizze abgebildet, auf der lange Detektorstränge zu sehen sind, die in das kristallklare Eis darunter eingefroren sind. Mögliche Quellen dieser kosmischen Neutrinos sind die stürmischen Nahbereiche sehr massereicher Schwarzer Löcher in den Zentren ferner Galaxien sowie gigantische Sternexplosionen, die ihren Höhepunkt als Supernovae oder Gammablitze im fernen Universum erreichen. Wenn IceCube künftig immer mehr energiereiche Neutrinos aufspürt, könnten Übereinstimmungen mit bekannten Objekten dieses kosmische Rätsel lösen – vielleicht aber werden wir es nie erfahren.
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 ungewöhnliche Ansicht von Erde und Himmel entstand mit dem Large Area Telescope des Gammastrahlenobservatoriums Fermi in der Umlaufbahn. Sie wird von Gammastrahlen bestimmt. Die Beobachtungsdaten für dieses Bild wurden aufgenommen, wenn das Zentrum unserer Milchstraße nahe am Zenit stand, also direkt über dem Satelliten Fermi. Im Bild befindet sich der Zenit in der Bildmitte.
Die Erde und der Nadir befinden sich genau unter dem Satelliten. Sie verlaufen am Rand des Bildes. So entstand eine Projektion der Erde und des ganzen Himmels aus Fermis Blickwinkel in der Umlaufbahn.
Das Farbschema hat eine logarithmische Skala. Gammastrahlen mit geringer Intensität wird in Blau gezeigt. Strahlung mit hoher Intensität ist in gelblichen Farbtönen abgebildet. Das hellere Gammastrahlenleuchten unseres Planeten flutet den Rand des Bildfeldes. Der intensiv gelbe Ring zeigt den Erdrand. Gammastrahlenquellen am Himmel in der relativ blassen Milchstraße sind diagonal über die Mitte verteilt.
Fermi wurde am 11. Juni 2008 gestartet, um das energiereiche Universum zu erforschen. Diese Woche feierte Fermi den 2000. Tag im niedrigen Erdorbit.
Im nahen Universum fand eine gewaltige Explosion statt. Nun ermitteln Großteleskope auf der ganzen Welt und im All. Der Gammablitz trägt die Bezeichnung GRB 130427A. Er wurde zuerst vom Satelliten Swift im Erdorbit im energiereichen Röntgenspektrum entdeckt. Dieser meldete den Ausbruch rasch der Erde.
Nur drei Minuten später fand das Teleskop ISON die Explosion im sichtbaren Licht. Es stellte seine extreme Helligkeit fest und gab genauere Koordinaten weiter. ISON in New Mexico hat einen halben Meter Durchmesser.
In den nächsten Minuten wurde die helle optische Entsprechung von mehreren rasch ausrichtbaren Teleskopen verfolgt. Dazu gehörten das 2-Meter-Teleskop P60 in Kalifornien, das 1,3-Meter-Teleskop PAIRTEL in New Mexico und das 2 Meter große Faulkes Telescope North auf Hawaii.
In nur zwei Stunden ermittelte das 8,2-Meter-Teleskop Gemini Nord auf Hawaii eine Rotverschiebung von 0,34. Damit positionierte es die Explosion in eine Entfernung von etwa 3,6 Milliarden Lichtjahren. Das ist in kosmologischen Größenordnungen relativ nahe.
Daten der RAPTOR-Ganzhimmelsüberwachung wurden analysiert. Sie wurden schon zuvor aufgenommen. Dabei entdeckt man eine sehr helle optische Entsprechung mit 7,4 Größenklassen. Diese trat 50 Sekunden vor dem Swift-Auslöseimpuls auf.
GRB 130427A war der hellste Ausbruch der letzten Jahre. Auch das Very Large Array VLA detektierte in energiearmen Radiowellenlängen ein Signal von GRB 130427A. Auch der Satellit Fermi maß es, und zwar in den höchsten je gemessenen Energiebereichen.
Neutrinodetektoren, Gravitationswellenteleskope und Observatorien, die für das Aufspüren extrem energiereicher Photonen gebaut wurden, suchen in ihren Daten nach einem Signal von GRB 130427A.
Diese Animation zeigt, wie der ganze Gammastrahlenhimmel einen Augenblick lang vom intensiven Leuchten von GRB 130427A überstrahlt wird. Die optische Entsprechung wird weithin beobachtet, denn es besteht die Möglichkeit, dass bald das Leuchten einer klassischen Supernova folgt.
Die Voyager-Zwillingssonden brachen 1977 zu einer großen Rundreise zu den äußeren Planeten auf. Sie bewegten sich zufällig auch in Bewegungsrichtung der Sonne relativ zu den nahen Sternen. Nun, dreißig Jahre später, nähert sich Voyager 1 offenbar dem Rand der Heliosphäre. Dahinter liegt der interstellare Raum.
Die Heliosphäre ist das Reich der Sonne. Es entsteht unter dem Einfluss des Sonnenwindes und des Sonnenmagnetfeldes. Doch woher weiß man, wann ein Raumschiff die Grenze zum interstellaren Raum überschreitet? Ein Hinweis wäre ein plötzlicher Anstieg an energiereicher kosmischer Strahlung.
Die energiereichen Teilchen ziehen durch den interstellaren Raum und werden von fernen Supernovae in unserer Galaxis beschleunigt. Die Heliosphäre lenkt sie normalerweise ab oder bremst sie. Dieses Diagramm zeigt einen Zeitraum von 12 Monaten (September 2011 bis 2012). In den letzten Monaten hatte die Raumsonde Voyager 1 tatsächlich einen dramatischen Anstieg bei den Messwerten der kosmischen Teilchenstrahlung.
Voyager 1 ist nun 18 Milliarden Kilometer (17 Lichtstunden, 122 Astronomische Einheiten) von der Sonne entfernt. Sie könnte bald die erste Raumsonde der Erde sein, die den Raum der Sterne erreicht.
Im Vordergrund dieses steht das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) II-Teleskop. Es ist das größte seiner Art. Das Teleskop ist waagrecht geneigt und reflektiert die Landschaft der namibischen Wüste verkehrt herum. Der segmentierte Spiegel ist 24 Meter breit und 32 Meter hoch. Anders gesagt: Die Fläche ist so groß wie zwei Tennisplätze.
Doch H.E.S.S. II ist ein Tscherenkow-Teleskop. Es wurde gebaut, um Gammastrahlen zu beobachten. Das sind Photonen mit mehr als der 100-Milliarden-fachen Energie von sichtbarem Licht.
Für seine Beobachtungen braucht es die Atmosphäre sogar. Wenn Gammastrahlen auf die obere Atmosphäre treffen, erzeugen sie in der Luft Schauer aus sehr energiereichen Teilchen. Eine riesige Kamera im Brennpunkt des Spiegels zeichnet detailreich die kurzen Blitze im sichtbaren Licht auf. Es ist das sogenannte Tscherenkow-Licht, das durch die Teilchenschauer in der Luft entsteht.
Das H.E.S.S. II-Teleskop arbeitet künftig mit einer Anordnung von vier weiteren 12-Meter-Tscherenkow-Teleskopen zusammen. So entstehen mehrfache stereoskopische Ansichten der Luftschauer. Das lässt Rückschlüsse auf die Energien und die Richtungen der eintreffenden kosmischen Gammastrahlen zu.
Das Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi erforscht den Kosmos in extremen Energiebereichen. Es umrundet alle 95 Minuten den Planeten Erde. Dabei schwankt es absichtlich auf wechselnden Umlaufbahnen nach Norden und Süden, um mit seinem Large Area Telescope (LAT) den Himmel zu vermessen. Die Raumsonde rotiert auch. Das sorgt dafür, dass die Solarpaneele, welche die Energie liefern, auf die Sonne gerichtet bleiben. Die Achse ihrer Bahn präzediert wie ein Kreisel. Die Rotationsachse vollendet alle 54 Tage einen Umlauf.
Diese vielen Bewegungszyklen führen dazu, dass die Pfade von Gammastrahlenquellen aus Sicht der Raumsonde komplexe Muster zeichnen. Diese Darstellung veranschaulicht das, sie zeigt den hypothetischen Pfad des Vela-Pulsars. Die Darstellung ist auf das Bildfeld des LAT-Instruments zentriert, sie zeigt ein 180 Grad breites Bildfeld und folgte der Position des Vela-Pulsars von August 2008 bis August 2010. Die helle Konzentration an Linien um die Mitte zeigt, dass sich der Vela-Pulsar meistens in der sensitiven Region des LAT-Detektors befand.
Der Vela-Pulsar entstand bei der finalen Explosion eines massereichen Sterns in der Milchstraße. Er ist ein Neutronenstern, der 11 Mal pro Sekunde rotiert. Im Spektrum der Gammastrahlen ist er die hellste und beständige Quelle am Himmel.
Was leuchtet am Gammastrahlenhimmel? Die Antwort lautet normalerweise: Die exotischsten und energiereichsten astrophysikalischen Umgebungen. Dazu zählen aktive Galaxien mit sehr massereichen schwarzen Löchern oder unglaublich dichte Pulsare, das sind die rotierenden Überreste explodierter Sterne.
Doch am 7. März markierte eine mächtige Sonnenfackel aus einer Serie aktueller Sonnenausbrüche den Gammastrahlenhimmel. Sie erreichte die ein-milliardenfache Energie von Photonen im sichtbaren Licht.
Die beiden Bildfelder zeigen die Intensität der Sonnenfackel auf Bildern des ganzen Himmels. Sie wurden vom Gammastrahlenteleskop Fermi in der Erdumlaufbahn aufgenommen. Am 6. März war die Sonne wie an den meisten anderen Tagen für Fermis Bilddetektoren fast unsichtbar. Doch beim Ausbruch der energiereichen Fackel der Klasse X wurde sie im Gammastrahlenlicht fast 100-mal heller als sogar der Vela-Pulsar.
Inzwischen verblasste die Sonne aus Fermis Sicht wieder. Wahrscheinlich leuchtet sie am Gammastrahlenhimmel wieder hell auf, wenn der Sonnenfleckenzyklus sein Maximum erreicht.
