Mysterium im Kosmos: Teleskop-Array entdeckt ultrahohe Energie extraterrestrische Teilchen ohne offensichtliche Quelle.

Künstlerische Darstellung der extrem energiereichen kosmischen Strahlung, die von einem Oberflächendetektorarray des Telescope Array Experiments beobachtet wurde, genannt "Amaterasu-Teilchen". Bildnachweis: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige

Die bahnbrechende Entdeckung einer extrem energiereichen kosmischen Strahlung durch das Telescope Array Experiment wirft Fragen nach ihrer Quelle auf, da sie auf ein kosmisches Vakuum hinweist und aktuelle Theorien über den Ursprung der kosmischen Strahlung und der Hochenergiephysik in Frage stellt.

Forscher, die am Telescope Array Experiment beteiligt sind, haben die Entdeckung einer außergewöhnlich energiereichen kosmischen Strahlung bekannt gegeben. Dieses Teilchen, das jenseits unserer Galaxie entstanden ist, besitzt eine erstaunliche Energie von über 240 Exaelektronenvolt (EeV). Trotz dieser bemerkenswerten Entdeckung bleibt ihre genaue Quelle elusive, da ihre Ankunftsrichtung nicht auf bekannte astronomische Objekte hinweist.

Kosmische Strahlung sind subatomare geladene Teilchen aus dem Weltraum, wobei Ultrahochenergetische kosmische Strahlung (UHECRs) eine seltene und außergewöhnlich mächtige Art darstellen. Diese UHECRs besitzen Energien über 1 EeV, was etwa einer Million Mal höher ist als die von menschengemachten Teilchenbeschleunigern erreichte Energie. Sie sollen von den energiereichsten Phänomenen im Universum stammen, wie beispielsweise solchen, die mit Schwarzen Löchern, Gammastrahlenausbrüchen und aktiven Galaxienkernen zusammenhängen. Ihre genaue Physik und Beschleunigungsmechanismen sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Die seltene Natur dieser hochenergetischen kosmischen Strahlung - geschätzt auf weniger als ein Teilchen pro Jahrhundert pro Quadratkilometer - macht ihre Erkennung zu einem seltenen Ereignis, das Instrumente mit großen Sammelbereichen erfordert.

Künstlerische Darstellung der Astronomie der ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung zur Klärung extrem energiereicher Phänomene im Gegensatz zu einer schwächeren kosmischen Strahlung, die von elektromagnetischen Feldern beeinflusst wird. Bildnachweis: Osaka Metropolitan University/Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige

Das Telescope Array (TA) Experiment, ein groß angelegtes Oberflächendetektorarray in Utah mit einer effektiven Detektionsfläche von 700 Quadratkilometern, hat am 27. Mai 2021 eine UHECR mit einer bahnbrechenden Energie von etwa 244 EeV erfolgreich detektiert.

Aufgrund der außergewöhnlich hohen Energie des Teilchens stellen die Forscher fest, dass es nur relativ geringe Ablenkungen durch Vordergrundmagnetfelder erfahren sollte und daher erwartet werden kann, dass die Ankunftsrichtung enger mit seiner Quelle korreliert ist. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Ankunftsrichtung keine offensichtliche Quellgalaxie oder andere bekannte astronomische Objekte zeigt, von denen man annimmt, dass sie potenzielle Quellen von UHECRs sind.

Stattdessen zeigt die Ankunftsrichtung zurück auf das Vakuum in der großräumigen Struktur des Universums - eine Region, in der nur sehr wenige Galaxien vorhanden sind. Die Wissenschaftler deuten darauf hin, dass dies auf eine viel größere magnetische Ablenkung hindeuten könnte, als von Modellen des galaktischen Magnetfelds vorhergesagt wird, eine unidentifizierte Quelle in der lokalen extragalaktischen Nachbarschaft oder ein unvollständiges Verständnis der damit verbundenen Hochenergie-Teilchenphysik.