Heliosphärische Astroteilchenphysik

Supernovae und die Entstehung der kosmischen Strahlung

Entdeckung interstellarer Materie

Abbildung 1: Der Krebsnebel
Abbildung 1: Der Krebsnebel

Viktor Hess erhielt im Jahre 1936 den Nobelpreis für die Entdeckung der Höhenstrahlung („Radioaktivität“), die heute kosmische Strahlung genannt wird. Die uns umgebende Materie besteht aus neutralen Atomen. Die galaktische kosmische Strahlung besteht dagegen aus Atomkernen und Elektronen, die im Verlauf einer Supernova auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. An modernen Teilchenbeschleunigers (CERN, Fermilab) werden Teilchen mit enormen Energien erzeugt. Die Energie eines kosmischen Teilchens kann aber bis zu 1 Milliarde mal größer sein.

Überreste einer Supernova

Der Krebsnebel (englisch Crab Nebula) ist der Überrest einer Supernova im Sternbild Stier. Der nebelartige Überrest wurde 1731 von John Bevis entdeckt. Charles Messier entdeckte ihn unabhängig von Bevis am 28. August 1758. Die verursachende Supernova ist Berechnungen zufolge nach Vergleichen mit chinesischen und japanischen Überlieferungen im Jahre 1054 am 4. Juli explodiert. Die Supernova war für einige Wochen selbst bei Tageslicht sichtbar. Insgesamt soll der Ausbruch 22 Monate gedauert haben.

Abbildung 2: Der Nachthimmel im Bereich der Gammastrahlung
Abbildung 2: Der Nachthimmel im Bereich der Gammastrahlung

Der Krebsnebel ist eines der hellsten Objetkte am Himmel im Licht der γ-Strahlung. Bereiche, die in der Abbildung hell erscheinen, sind Regionen in der energiereiche Teilchen (Elektronen) vorhanden sind.

Die Entdeckung der Höhenstrahlung

Abbildung 3: Daten des Kieler Neutronen Monitor
Abbildung 3: Daten des Kieler Neutronen Monitor

1912 unternahm Victor Hess (1883-1964) einen Ballonflug, um das atmosphärische Höhenprofil der wenige Jahre zuvor entdeckten Radioaktivität zu messen. Die Zählrate nahm zunächst wie erwartet ab, um dann jedoch unerwartet anzusteigen. Offensichtlich gab es nicht nur eine natürliche Strahlungskomponente aus dem Erdboden, sondern auch eine aus den oberen Atmosphärenschichten, die „Höhenstrahlung“ genannt wurde.

Später wurde als deren eigentlicher Ursprung der Weltraum erkannt. Für diese Entdeckung erhielt Hess im Jahre 1936 den Nobelpreis. Die Intensität der kosmischen Strahlung (oberer Teil) ist nicht konstant sondern variiert mit dem 11-jährigen Sonnenzyklus.