Miniquasar produziert Positronen

Ein starker Strahlungsausbruch hat in der Umgebung des 8000 Lichtjahre entfernten Schwarzen Lochs V404 Cygni zur Entstehung und Vernichtung von Elektron-Positron-Paaren geführt. Einem internationalen Forscherteam gelang es mit dem europäischen Satelliten-Observatorium Integral erstmalig, die bei diesem Prozess erzeugte Gammastrahlung nachzuweisen. Die Beobachtung liefere damit auch eine Erklärung für die bislang rätselhafte Gammastrahlung aus der Zentralregion unserer Milchstraße, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Derart extreme Strahlungsausbrüche sollten gemäß Einsteins berühmter Formel E=mc² aus Energie Materie erzeugen“, sagt Roland Diehl vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. „Und zwar in Form von Elektron-Positron-Paaren.“ Positronen sind die elektrisch positiv geladenen Antiteilchen der Elektronen. „Viele dieser Teilchen sollten sich sofort wieder paarweise vernichten und dabei eine charakteristische Strahlung mit einer Energie von 511 Kiloelektronenvolt erzeugen“, sagt Diehl. Bislang gab es jedoch keinen eindeutigen Nachweis für eine solche Strahlung aus der Umgebung Schwarzer Löcher.

Das hat sich nun geändert. V404 Cygni ist ein Schwarzes Loch mit etwa der zwölffachen Sonnenmasse. Es zieht mit seiner starken Schwerkraft Materie von einem nahen normalen Stern an, die sich in einer heißen, rotierenden Scheibe sammelt und langsam in das Schwarze Loch hinein fällt. Die meiste Zeit verläuft dieser Vorgang ruhig und stetig, doch ab und an verstärkt sich der Materieeinfall und löst dadurch starke Strahlungsausbrüche aus. Einen solchen Ausbruch konnten Diehl und seine Kollegen bei V404 Cygni nach 26 ruhigen Jahren im Juni 2005 mit Integral beobachten. Die Gammastrahlung zeigte dabei eine klare Komponente bei der Paarvernichtungs-Energie von 511 Kiloelektronenvolt.

Astronomen bezeichnen V404 Cygni auch als Mikroquasar: Er ist eine kleine Ausgabe der supermassereichen Schwarzen Löcher in fernen Galaxien, die als Quasare enorme Energiemengen abstrahlen. Wie Quasare stoßen auch Mikroquasare einen Teil der einfallenden Materie in zwei eng gebündelten Strahlen, den Jets, wieder ins All aus. Wie der Materieeinfall und die Erzeugung der Jets genau ablaufen, ist bislang unklar. Vermutlich spielt aber die jetzt erstmals direkt nachgewiesene Erzeugung und Vernichtung von Elektron-Positron-Paaren dabei eine wichtige Rolle.

Die Beobachtungen von Diehl und seinen Kollegen liefern auch eine Erklärung für eine bislang rätselhafte, diffuse Gammastrahlung aus der Zentralregion der Milchstraße. Vermutlich stammt auch sie von Positronen, die von einer Vielzahl von Mikroquasaren produziert werden.