Gammastrahlung von Terzan 5

Die Entdeckung aus Richtung des Kugelsternhaufens gibt den Astrophysikern aber Rätsel auf

22. Juni 2011

Terzan 5 überrascht einmal mehr die Forscher: Mit dem H.E.S.S.-Teleskopsystem in Namibia haben sie aus Richtung des Objekts hochenergetische Gammastrahlung empfangen – und damit erstmals einen Kugelsternhaufen als Ort einer Gammaquelle identifiziert. Sie befindet sich mit hoher Wahrscheinlichkeit in den Außenbereichen von Terzan 5. Neben dieser exzentrischen Lage gibt der genaue Ursprung der Strahlung noch Rätsel auf.

Zum Nachweis dieser Gammastrahlung, deren Energie pro Quant die des sichtbaren Lichts um das Billionenfache übertrifft, dient das Tscherenkow-Teleskopsystem H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) in Namibia. Es besteht aus vier Großteleskopen, die mit ultraschnellen Kameras äußerst schwache Lichtspuren (Tscherenkow-Strahlung) von atmosphärischen Teilchenschauern aufnehmen, die kosmische Gammaquanten in etwa zehn Kilometern Höhe auslösen. Die zeitgleiche Beobachtung aus bis zu vier verschiedenen Blickrichtungen erlaubt es, die wahre Position der Gammaquelle am Himmel zu rekonstruieren.

Zwei der vier H.E.S.S.-Teleskope für den Nachweis hochenergetischer kosmischer Gammastrahlung im Khomas-Hochland von Namibia. Der Durchmesser der Teleskope beträgt etwa 14 Meter.

Die Entdeckung wirft eine Menge neuer Fragen auf. Bemerkenswert sind die längliche Form der Quelle und ihre Lage abseits des Haufenzentrums. Für den Ursprung der Gammastrahlung gibt es am Beispiel anderer bekannter Objekte eine Reihe von möglichen Erklärungen. Gestützt von theoretischen Modellen geht man davon aus, dass zunächst geladene Teilchen – Elektronen oder Protonen – in einem kosmischen Beschleuniger auf die entsprechenden Energien gebracht werden und sich dann in weiteren Stoßprozessen in Gammaquanten umwandeln.

Bei Elektronen kommen die oben erwähnten Millisekunden-Pulsare selbst in Frage oder auch von ihnen ausgehende Sternenwinde oder Schockfronten, wenn diese aufeinander treffen – was bei der hohen Sterndichte innerhalb eines Kugelsternhaufens plausibel erscheint. In der Tat wurde auch schon diffuse Röntgenstrahlung aus Terzan 5 nachgewiesen. Das erklärt allerdings nicht die räumliche Verschiebung der neuen Gammaquelle gegenüber dem Haufenzentrum, wo man sowohl die meisten Pulsare als auch Wechselwirkungen der hochenergetischen Elektronen mit dem Sternenlicht erwarten würde.

Protonen könnten in Supernovaüberresten beschleunigt werden; dies ist aus anderen Quellen bekannt und Supernovae infolge von Sternkollisionen sind in Kugelsternhaufen durchaus zu erwarten. Aber wiederum stellt sich die Frage, warum die beobachtete Quelle abseits vom Zentrum liegt. Mögliche Antwort: Das eigentliche Quellobjekt könnte als Folge von nahen Sternbegegnungen in die Außenbereiche geschleudert worden sein.

Warum aber ist HESS J1747 – 248 „dunkel“, lässt sich also in den anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums bisher nicht nachweisen? „Letztlich ist die Natur der Quelle unklar, weil kein Gegenstück oder Modell die beobachtete Morphologie erklärt“, sagt Wilfried Domainko vom Max-Planck-Institut für Kernphysik.

Ziel zukünftiger Untersuchungen wird daher der benachbarte Bereich niedrigerer Gammaenergien sein, der sich im Fall von Terzan 5 dem Nachweis sowohl durch Satellitenmessungen als auch Beobachtungen vom Erdboden nach Art von H.E.S.S. entzog. Derzeit ist ein fünftes Großteleskop (H.E.S.S. II) in Bau, das eine fünffach größere Spiegelfläche (600 Quadratmeter) besitzt. Mit der dadurch gesteigerten Empfindlichkeit soll es auch weniger energiereiche Quanten nachweisen, die lichtschwächere Teilchenschauer auslösen.

BF / HOR

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