Junge Sterne als Teilchenbeschleuniger

Als kosmische Strahlung bezeichnen Astrophysiker den permanenten Strom energiereicher Teilchen – vor allem Protonen –, die aus dem Weltall auf die Atmosphäre der Erde treffen. Während die Teilchen mit geringen Energien überwiegend von unserer Sonne stammen, blieb der Ursprung der hochenergetischen Teilchen bislang unklar. Wissenschaftler machen nun junge massereiche Sterne als wahrscheinliche Quelle für diesen Teil der kosmischen Strahlung aus, wie sie im Fachblatt „Nature Astronomy“ berichten.

„Es gibt zwar einen Konsens darüber, dass diese Teilchenstrahlung aus der Milchstraße stammt“, schreiben Felix Aharonian vom Dublin Institute for Advanced Studies in Irland und seine Kollegen. Doch wo und wie die Partikel teils auf Energien im Bereich von Petaelektronenvolt – also Billiarden Elektronenvolt – beschleunigt werden, ist noch umstritten. Im Gespräch sind etwa Sternexplosionen, Neutronensterne oder Schwarze Löcher. Das Problem: Protonen sind elektrisch positiv geladen und werden vom Magnetfeld der Milchstraße abgelenkt. Die Richtung, aus der sie auf die Erdatmosphäre treffen, gibt also keine verlässliche Auskunft über ihren Herkunftsort.

Das Team um Aharonian machte sich deshalb zunutze, dass die energiereichen Protonen auf ihrem Weg durch die Milchstraße mit Gas in Wechselwirkung treten und dabei eine charakteristische Gammastrahlung erzeugen. Mit dem Satellitenobservatorium Fermi und der Teleskopanlage H.E.S.S. in Namibia suchten die Astrophysiker im Sternhaufen Cygnus OB2 und Westerlund 1 sowie im Zentrum der Galaxis nach diesem Signal. Die Verteilung der beobachteten Gammastrahlung deutet den Forschern zufolge auf junge Sterne als Quelle hin.

Von den massereichen Sternen ströme Gas ab und treffe als Sternwind auf das interstellare Gas. Infolgedessen entstehen Stoßwellen, die Protonen auf hohe Energien beschleunigen können. „Junge massereiche Sterne agieren demnach als Protonenbeschleuniger und sind womöglich die dominierende Quelle der kosmischen Strahlung mit der höchsten Energie“, so die Wissenschaftler.