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Galaktische Forschung

Teilchenbeschleuniger in der Milchstraße entdeckt

SS 433 in drei verschiedenen Gammastrahlen-Energiebereichen.
Galaktische Forschung

Teilchenbeschleuniger in der Milchstraße entdeckt

SS 433 in drei verschiedenen Gammastrahlen-Energiebereichen.

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In einem bemerkenswerten Forschungsprojekt haben WissenschaftlerInnen der Universität Innsbruck, einschließlich Anita Reimer und Olaf Reimer, den Mikroquasar SS 433 untersucht. Dieser wird durch die Gammastrahlen-Teleskope H.E.S.S. in Namibia beobachtet und gilt als einer der effizientesten Teilchenbeschleuniger in unserer Milchstraße. Ihre Erkenntnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

SS 433, ein auffälliges Objekt in der Milchstraße, besteht aus einem Schwarzen Loch und einem umkreisenden Stern. Materie wird vom Stern zum Schwarzen Loch transportiert, was zur Bildung von Jets führt, die sich mit etwa einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit von der Akkretionsscheibe entfernen. Der Science-Fiction-Autor Arthur C. Clarke bezeichnete SS 433 als eines seiner sieben Weltwunder in einer BBC-Serie von 1997. Das Objekt befindet sich im Zentrum des sogenannten Manatee-Nebels, der durch seine ungewöhnliche Form auffällt.

Das Doppelsternsystem von SS 433 beinhaltet ein Schwarzes Loch mit etwa der zehnfachen Masse der Sonne und einen Stern ähnlicher Masse, aber größerem Volumen, die sich alle 13 Tage umkreisen. Materie wird vom Stern zum Schwarzen Loch gezogen, sammelt sich in einer heißen Gasscheibe an und wird dann in das Schwarze Loch gezogen, während gleichzeitig zwei Jets mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen werden.

Teilchen auf extrem hohe Energie beschleunigt

Diese Jets sind im Radio- und Röntgenbereich bis zu einem Lichtjahr sichtbar, verschwinden dann, tauchen aber in etwa 75 Lichtjahren Entfernung erneut auf. Die Gründe für dieses Phänomen waren lange unklar. 2018 gelang es dem HAWC, Gammastrahlen aus den Jets nachzuweisen, was auf eine Beschleunigung von Teilchen in den Jets hinweist.

Geschwindigkeit erstmals bestimmt

Die H.E.S.S.-Kollaboration hat nun die Gammastrahlenemission der Jets von SS 433 vermessen. Überraschenderweise zeigte sich, dass die Gammastrahlenemission von der Energie abhängig ist. Die höchstenergetischen Gammaphotonen treten dort auf, wo die Jets abrupt wieder sichtbar werden, während niedrigerenergetische Strahlen weiter außen emittiert werden.

Laura Olivera-Nieto vom Max-Planck-Institut für Kernphysik bemerkte, dass dies die erste Beobachtung einer energieabhängigen Gammastrahlenemission eines astrophysikalischen Jets ist. Die Forschungen ermöglichten es, die Geschwindigkeit der äußeren Jets zu bestimmen und deuteten darauf hin, dass ein starker Schock die Teilchen weiter nach außen beschleunigt.

Arbeitsgruppe Theoretische Astroteilchenphysik 

Anita Reimer und Olaf Reimer betonten die Bedeutung dieser Entdeckung für das Verständnis von Teilchenbeschleunigungsprozessen in solchen Systemen. Sie erklärten, dass der inverse Compton-Effekt, bei dem schnelle Teilchen mit Lichtquanten kollidieren, zur Erzeugung der hochenergetischen Gammaphotonen führt. Diese Forschungen eröffnen neue Möglichkeiten, den Ort der Beschleunigung und die Bewegung der Jets zu untersuchen, die von einem Schwarzen Loch erzeugt werden.

26. Januar 2024 | AutorIn: Barbara Kluibenschädl | Foto: Golap, Goss, NASA's Wide Field Survey Explorer, ROSAT/M. Brinkmann, H.E.S.S.-Kollaboration

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