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Das Gammastrahlen-Observatorium H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) stellt erneut sein gro?es Entdeckerpotenzial unter Beweis: In der Gro?en Magellanschen Wolke entdeckte es extrem leuchtstarke H?chstenergie-Gammastrahlenquellen. Es handelt sich um drei verschiedenartige Objekte, n?mlich den Pulsarwindnebel des st?rksten je beobachteten Pulsars, einen extrem intensiv strahlenden Supernova-?berrest und eine sogenannte Superschale – ein 270 Lichtjahre gro?es schalenf?rmiges Gebilde, aufgeblasen von mehreren Supernovae und Sternen.

Damit gelang es zum ersten Mal, in einer fremden Galaxie gleich mehrere stern?hnliche Gammastrahlenquellen bei h?chsten Energien zu beobachten. Zugleich ist die Superschale der erste nachgewiesene Vertreter einer neuen Klasse von H?chstenergie-Gammastrahlenquellen. Ihre Ergebnisse pr?sentiert die internationale H.E.S.S.-Kollaboration, der auch Wissenschaftler von der Humboldt-Universit?t zu Berlin angeh?ren, in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals ?Science“.

?In nur 210 Stunden Messzeit haben wir mit den H.E.S.S.-Teleskopen drei grundverschiedene Quellen hochenergetischer Gammastrahlung aufl?sen k?nnen“, sagt H.E.S.S.-Sprecher Prof. Christian Stegmann (DESY). ?Das zeigt, was für ein riesiges Entdeckungspotenzial in der Nutzung kombinierter Systeme von Spiegelteleskopen steckt.“

Kosmische Teilchenbeschleuniger, vor allem Supernova-?berreste und Pulsarwindnebel, also Endprodukte massereicher Sterne, sind Quellen sehr intensiver, h?chstenergetischer Gammastrahlung. Sie beschleunigen geladene Teilchen auf extreme Geschwindigkeiten. Treffen diese auf das sie umgebende Gas oder Licht, entsteht die Gammastrahlung. H?chstenergetische Gammastrahlen aus dem Kosmos k?nnen mit hochempfindlichen Messger?ten auf dem Erdboden beobachtet werden. Beim Eintritt in die Atmosph?re verursachen sie Kaskaden geladener Sekund?rteilchen, sogenannte Teilchenschauer. Diese emittieren extrem kurze, bl?uliche Lichtblitze (Cherenkov-Licht), die mit gro?en Spiegelteleskopen und schnellen Lichtsensoren nachgewiesen werden.

Die Gro?e Magellansche Wolke (engl: Large Magellanic Cloud, LMC) ist eine Zwerg-Satellitengalaxie unserer Milchstra?e in einer Entfernung von ungef?hr 170?000 Lichtjahren. In ihr entstehen st?ndig neue Sterne, und sie beherbergt zahlreiche massereiche Sternhaufen. Die Rate, mit der neue massive Sterne gebildet werden und am Ende ihres Lebens als Supernovae explodieren, ist in der LMC im Verh?ltnis zu ihrer Masse fünf Mal h?her als in der Milchstra?e. Nicht zuletzt deshalb beobachten die Wissenschaftler der H.E.S.S.-Kollaboration dieses kosmische Objekt ausgiebig. Sie untersuchen dessen h?chstenergetische Gammastrahlung, um den Mechanismus der Teilchenbeschleunigung in jungen Sternexplosionen genau zu verstehen.

Insgesamt 210 Stunden haben die Astroteilchenphysiker die H.E.S.S.-Teleskope auf die gr??te Sternentstehungsregion in der LMC gerichtet, den Tarantelnebel. Dabei gelang es ihnen zum ersten Mal, gleichzeitig mehrere Quellen h?chstenergetischer Gammastrahlung in einer Galaxie au?erhalb der Milchstra?e r?umlich aufgel?st abzubilden; dazu noch drei verschiedenartige, extrem energiereiche Objekte.

Bei der sogenannten Superschale ?30 Dor C“ handelt es sich um die gr??te bekannte (nicht-thermische) R?ntgenstrahlung emittierende Schale, die wahrscheinlich durch mehrere Supernova-Explosionen und starke Sternenwinde entstanden ist. Bisher war unklar, ob Superschalen zus?tzlich zu einzelnen Supernova-?berresten kosmische Strahlung produzieren. Die Ergebnisse von H.E.S.S. zeigen, dass diese Superschale eine Quelle hochenergetischer Teilchen ist, mit denen sie gefüllt ist. 30 Dor C ist damit der erste nachgewiesene Vertreter einer neuen Klasse von H?chstenergie-Gammastrahlenquellen.

Der von den H.E.S.S.-Teleskopen beobachtete Pulsarwindnebel tr?gt die Nummer N 157B. Pulsare sind hoch magnetisierte, schnell rotierende Neutronensterne, die einen Wind ultrarelativistischer Teilchen emittieren und so einen Nebel bilden. Das bekannteste Exemplar ist der Krebsnebel, eine der hellsten Quellen am Hochenergie-Gammahimmel. Der Pulsar des Nebels N 157B ist in vielerlei Hinsicht ein Zwilling des sehr starken Krebspulsars in unserer eigenen Galaxis. Allerdings leuchtet N 157B im h?chstenergetischen Gammalicht rund zehnmal heller als der Krebsnebel. Verantwortlich dafür sind das schw?chere Magnetfeld in N 157B und das intensive Sternenlicht aus benachbarten Sternentstehungsgebieten, die beide die Erzeugung hochenergetischer Gammastrahlung f?rdern.

Der Supernova-?berrest N 132D ist bereits als helles Objekt im Radiowellen- und Infrarotbereich bekannt. Die jüngsten H.E.S.S.-Messungen zeigen, dass dieses Objekt au?erdem einer der ?ltesten – und st?rksten – Supernova-?berreste zu sein scheint, der noch im h?chstenergetischen Gammalicht leuchtet. Er ist zwischen 2500 und 6000 Jahre alt und immer noch heller als die st?rksten Supernova-?berreste in der Milchstra?e, obwohl Modelle vorhersagen, dass in diesem Alter die Expansion der Supernovaschale schon so langsam sein sollte, dass sie kein effizienter Teilchenbeschleuniger mehr ist.

?Es ist unheimlich spannend, dass wir individuelle Gammastrahlungsquellen in einer fremden Galaxie nachweisen k?nnen. Die Ergebnisse zeigen, dass Supernova-?berreste intensiver strahlen k?nnen als wir es bisher vermutet haben“, sagt Michael Mayer, Forscher an der Humboldt-Universit?t, der ma?geblich an der Interpretation und Modellierung der LMC-Daten mitgearbeitet hat. ?Interessanterweise ist der ?berrest der jungen Supernova SN 1987a trotz unserer langen Beobachtungszeit nicht als Gammastrahlungsquelle nachzuweisen. Dies stellt eine gro?e Herausforderung für derzeitige Theorien dar“, fügt Professor Thomas Lohse hinzu. Er leitet die H.E.S.S. Gruppe der Humboldt-Universit?t in Adlershof, mit der er ma?geblich am Erfolg des Instruments beitr?gt. Besonders die Betreuung und kontinuierliche Verbesserung des zentralen Datennahmesystems durch Lohses Gruppe erm?glicht die hohe Effizienz des H.E.S.S. Teleskops.

Für die weitere Zukunft planen die Wissenschaftler das Cherenkov Telescope Array (CTA), das ab 2020 noch empfindlichere und h?her aufgel?ste Bilder von Gammastrahlungsquellen liefern soll. Auf der Wunschliste der Wissenschaftler für CTA sind Beobachtungen der LMC weit oben. Für dieses Zukunftsprojekt befindet sich auf dem Campus in Adlershof ein Teleskop-Prototyp, an dem die Forscher der Humboldt-Universit?t in Kooperation mit dem DESY intensive Tests zur Datennahme und Teleskop-Kalibrierung durchführen.

Originalver?ffentlichung??????

The exceptionally powerful TeV γ-ray emitters in the Large Magellanic Cloud, H.E.S.S. Collaboration, Science:?DOI:?10.11.26/science.1261313

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• Website von H.E.S.S.
• H.E.S.S.-Instrument

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Prof. Dr. Thomas Lohse
Leiter der H.E.S.S.-Gruppe an der HU
Humboldt-Universit?t zu Berlin

lohse@physik.hu-berlin.de
Tel.: 030 2093-7820

Michael Mayer?
Humboldt-Universit?t zu Berlin

michael.mayer@physik.hu-berlin.de
Tel.: 030 2093-7813

Prof. Dr. Christian Stegmann
Sprecher der H.E.S.S.-Kollaboration
DESY Zeuthen

christian.stegmann@desy.de
Tel.: 033 762-77416