Quelle: FAU.

Dunkle Materie – aus diesem rätselhaften Stoff, der weder Licht aussendet noch absorbiert, – besteht mehr als 85 Prozent der Materie im Universum. Was dahinter steckt, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit mit bodengestützten und weltraumgestützten Experimenten. Die meisten Theorien gehen davon aus, dass dunkle Materie aus noch unentdeckten Elementarteilchen besteht. Eine neue Studie von Dr. Manuel Meyer vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) der FAU und Dr. Tanja Petrushevska vom Zentrum für Astrophysik und Kosmologie der Universität Nova Gorica zeigt nun, dass Forschende auch Supernovas nutzen können, um nach einer bestimmten Klasse von Teilchen der dunklen Materie zu suchen.

Die beiden Wissenschaftler haben dafür erstmals Daten des Fermi Large Area Telescopes (LAT) an Bord eines NASA-Satelliten mit Daten herkömmlicher optischer Teleskope zur Erforschung von Supernovae außerhalb unserer Milchstraße korreliert – und können dadurch Vorhersagen für das Zeitfenster einer Explosion von Sternen treffen. Blickt das LAT zum Zeitpunkt der Explosion auf die richtige Stelle am Himmel, bringt das auch Licht in die Erforschung dunkler Materie und neue Antworten in der Grundlagenphysik.

Die Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht (DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.231101).

Onlinezugriff auf die Studie:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.231101
https://arxiv.org/abs/2006.06722

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Dunkle Materie

Der Beitrag FAU: Supernovae bringen Licht in dunkle Materie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Beide Instrumente von Fermi, das Large Area Telescope (LAT) und der Gamma-ray Burst Monitor (GBM) zeichneten simultan am 16. September 2008 ab 1:13 Uhr MEZ Daten des Gammastrahlenausbruchs auf, die von einer Explosion im Sternbild Carina (Schiffskiel) ausgingen. Der Energiegehalt der ausgesendeten Gammastrahlung bewegte sich bei Aufzeichnungsbeginn zwischen dem dreitausendfachen und dem fünfmilliardenfachen (von unter einhundert bis über eine Milliarde Elektronenvolt) des Energiegehalts von sichtbarem Licht (zwischen zwei und drei Elektronenvolt pro Photon). Der Ausbruch wurde mit der Bezeichnung GRB 080916C katalogisiert.
Etwa 32 Stunden nach dem Ausbruch begann eine Gruppe unter Leitung von Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, das Nachglühen der Explosion zu untersuchen. In sieben verschiedenen Wellenlängenbereichen wurde das fragliche Himmelsgebiet mit GROND, dem „Gamma Ray Burst Optical/Near-Infrared Detector“ des 2,2-Meter-Teleskops der Europäischen Südsternwarte in Chile beobachtet. Anhand des Rot-Tons konnte eine Abschätzung erfolgen, wie weit der Ort des Geschehens von der Erde entfernt war: Man geht von einer Entfernung von 12,2 Milliarden Lichtjahren aus.

Aufgrund der Entfernungsdaten wurde errechnet, dass die Explosion die Kraft von neuntausend gewöhnlichen Supernovae erreichte, sofern von einer gleichmäßigen Energieabstahlung der Explosion in alle Richtungen ausgegangen wird. Auch auf die Geschwindigkeit der von der Explosion weggeschleuerten Teilchen hat man geschlossen. Das die Gammastrahlung emittierende Gas aus der Explosion muss eine Geschwindigkeit von 99,9999 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreicht haben, glaubt man.

Noch nicht erklären kann man eine rund 4,5 Sekunden lange Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der höchsten und dem der geringsten Energieabstrahlung. Einen ähnlich großen Zeitabstand hatte man bisher nur bei einem anderen Ausbruch beobachtet. Es könnte sein, dass die unterschiedlich energiereichen Strahlungen aus unterschiedlichen Regionen der Explosion kommen. Die Zeitverzögerung zu erklären wird vielleicht möglich, wenn Fermi zahlreiche weitere Ausbrüche beobachtet hat und die entsprechenden Daten miteinander verglichen und in Beziehung gesetzt werden können. Dafür wird das am 11. Juni 2008 gestartete Teleskop im Rahmen seiner geplanten Mindestbetriebsdauer von fünf Jahren noch hinreichend Zeit haben.

Raumcon Astronomie

• Forschungsergebnisse von Fermi

Raumcon Unbemannte Raumfahrt

• FERMI alias GLAST

Der Beitrag Fermi beobachtet stärksten Gammastrahlenausbruch erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

In den bisher vier Monaten des wissenschaftlichen Einsatzes von Fermi mit seinem Hauptinstrument, dem Large Area Teleskop (LAT), wurden 12 bisher unbekannte Pulsare entdeckt, die ausschließlich auf Grund ihrer Gammastrahlenaussendung gesehen wurden, meldete die US-amerikanische Weltraumbehörde am 6. Januar 2009. Außerdem konnte Fermi Gammastrahlung von 18 weiteren Pulsaren auffangen, die man bisher nur im Radiowellenbereich beobachtet hatte. Gammasstrahlung von 6 bereits als im Gammastrahlenbereich aktiv erkannten Pulsaren, die schon vom Weltraumteleskop Compton der NASA beobachtet wurden, wurde ebenfalls empfangen.
Eine Darstellung des Himmels, so wie er von Fermi bisher durchmustert wurde, zeigt die Positionen verschiedenartiger Pulsare:

Die 13 orange dargestellten Pulsare wurden bei einer Suche ohne besondere Vorgaben gefunden. Die 7 magentafarben eingezeichneten Pulsare sind Millisekundenpulsare, die bisher im Bereich der Radiostrahlung beobachtet wurden, die 11 hellblau markierten sind junge Radiopulsare, und die 6 grün gekennzeichneten solche, die das Compton-Teleskop mit dem Instrument EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) beobachten konnte.

Geladene Teilchen werden vom wirbelnden Magentfeld eines Pulsars fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, dabei entsteht die Gammastrahlung, vermutet man. Dieser Prozess läuft abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Pulsars in mehreren hundert Kilometern über seiner Oberfläche, etwa im Abstand des zehn- bis zwanzigfachen seines Durchmessers, ab.

Von allen durch Fermi bisher beobachteten Pulsaren drehen sich 7 so schnell um sich selbst, dass sie zur ungewöhnlichen Klasse der Millisekundenpulsare gezählt werden. In einer Sekunde drehen sich diese mehrere hundert Mal um sich selbst.

Die im Radiowellenbereich empfangene Strahlung von Pulsaren hält man mittlerweile hinsichtlich der Strahlungsleistung von Pulsaren nur für die Spitze des Eisbergs. Die eigentlich leistungsmäßig maßgebliche Strahlung der Pulsare vermutet man nun im Bereich der Gammastrahlung. Um zu verstehen, was innerhalb und in der Umgebung von Pulsaren abläuft, ist eine Beobachtung im Gammastrahlenbereich angezeigt, so wie sie jetzt von Fermi durchgeführt wird.

Die breiter gefächerten Gammastrahlenimpulse und die unerwartet große Anzahl von strahlenden Objekten auch in Regionen, aus denen man keine Radiostrahlung empfängt, legen nahe, dass die Plusare die Gammastrahlung in einem deutlich breiteren Abstrahlwinkel (etwa 60 Grad) aussenden, als sie es im Fall der Radiostrahlung tun (etwa 10 Grad).

In der Animation ist die Radiostrahlung grün dargestellt, der Bereich der Gammastrahlungsentstehung violett, die Magnetfeldlinien um den Pulsar blau.

Nimmt man an, man sei ein Beobachter auf der Erde und blickt in Richtung Pulsar, so wird klar, dass es durchaus möglich ist, dass man zwar die die Erde immer wieder streifende Gammastrahlung wird messen, aber die möglicherweise abgestrahlten Radiowellen auf der Erde nicht wird auffangen können.

Aus der Feststellung, dass die Spitzen der Radio- und der Gammastrahlung bei Pulsaren, von welchen man beide Strahlungsarten empfängt, nicht regelmäßig aufeinander folgen, schließt man, dass unterschiedliche Prozesse an unterschiedlichen Orten für die jeweilige Strahlung verantwortlich sein sollten.

Millisekundenpulsare in der jetzt gefundenen Anzahl zu entdecken, stellt einen entscheidenden Durchbruch dar. Diese Art von Pulsaren war bisher nur anhand ihrer Radiowellen- und Röntgenstrahlaussendung und durch vom mittlerweile abgeschalteten Compton-Teleskop empfangener Gammastrahlung gefunden worden. Die Millisekundenpulsare haben ihre hohe Umdrehungsgeschwindigkeit erst nach ihrer Entstehung aufgebaut, indem sie Gas von einem Begleitstern, mit dem sie einen Doppelstern bilden bzw. bildeten, abziehen, vermutet man. Alleinstehende Pulsare verlangsamen ihre Rotation allmählich.

Verwandte Meldung:

• Fermi findet besonderen Pulsar

Raumcon:

• Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

Der Beitrag Gammapulsare zahlreicher als erwartet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.