Die Sonne als Labor zur Untersuchung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie

Die Sonne, aufgenommen vom Solar Heliospheric Observatory (SOHO). (NASA / SOHO)
Die Sonne, aufgenommen vom Solar Heliospheric Observatory (SOHO). (NASA / SOHO)

Laut einer Präsentation des Professors Gregory D. Fleishman vom New Jersey Institute of Technology (NJIT) und zweier Kollegen wurde in solaren Flares Antimaterie nachgewiesen. Die Arbeit wurde auf dem 44. Treffen der Solar Physics Division der American Astronomical Society vorgestellt und basiert auf Mikrowellen- und Magnetfelddaten. Sie wirft Licht auf die rätselhafte starke Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie, indem sie Daten in sehr großem Maßstab sammelt und die Sonne als Laboratorium benutzt.

Obwohl Antiteilchen mit teuren und komplexen Experimenten zur Teilchenbeschleunigung erschaffen und nachgewiesen werden können, sind solche Teilchen sonst sehr schwierig zu untersuchen. Fleishman und seine beiden Kollegen vermelden jedoch die erste Fernerkennung relativistischer Antiteilchen – Positronen -, die durch atomare Wechselwirkungen zwischen beschleunigten Ionen in solaren Flares erzeugt wurden. Die Forscher analysierten leicht zugängliche Mikrowellen- und Magnetfelddaten, die von Sonnenforschungseinrichtungen und Satelliten gesammelt wurden. Dass solche Teilchen in solaren Flares erzeugt werden, ist keine Überraschung, aber dies ist das erste Mal, dass man ihre unmittelbaren Auswirkungen registriert hat.

Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit haben weitreichende Auswirkungen für die Sammlung wertvoller neuer Erkenntnisse durch die Fernerkennung relativistischer Antiteilchen auf der Sonne und durch Radioteleskop-Beobachtungen möglicherweise auch auf anderen astrophysikalischen Objekten. Die Fähigkeit, diese Antiteilchen in einer astrophysikalischen Quelle zu registrieren, verspricht unser Verständnis der grundlegenden Struktur der Materie und der hochenergetischen Prozesse wie solarer Flares zu verbessern. Letztere haben regelmäßig einen umfangreichen und schädigenden Einfluss auf die Erde, liefern aber auch ein natürliches Labor, um die grundlegendsten Geheimnisse des Universums anzugehen.

Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, zeigen das gleiche physikalische Verhalten mit der Ausnahme, dass Elektronen eine negative Ladung besitzen, während Positronen positiv geladen sind, wie ihr Name schon vermuten lässt. Der Ladungsunterschied lässt Positronen die entgegengesetzten, zirkular polarisierten Radioemissionen emittieren. Fleishman und seine Kollegen haben diese Emissionen verwendet, um Positronen von Elektronen zu unterscheiden. Diese Vorgehensweise erforderte Kenntnisse über die Ausrichtung des magnetischen Feldes in dem solaren Flare, die vom Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) der NASA geliefert wurden. Außerdem benutzten die Forscher Radiobilder von zwei Frequenzen des japanischen Nobeyama Radioheliographen.

Fleishman und seine Kollegen stellten fest, dass die Radioemissionen des Flares in der unteren Frequenz (geringere Energie) aufgrund der höheren Anzahl der Elektronen normal polarisiert waren, weil der Einfluss der Positronen erwartungsgemäß klein war. In der höheren Frequenz (höhere Energie) war die Polarisation am gleichen Ort umgekehrt, weil die Positronen hier dominieren können.

Fleishman, der dem NJIT Center for Solar-Terrestrial Research angehört, arbeitete mit Alexander T. Altyntsev und Natalia S. Meshalkina vom Institute of Solar-Terrestrial Physics (Sibirischer Zweig der Russischen Akademie der Wissenschaften). Sie präsentieren ihre Ergebnisse in einer Abhandlung mit dem Titel “Discovery of Relativistic Positrons in Solar Flares” auf dem 44. Treffen der Solar Physics Division der American Astronomical Society, das vom 8. bis zum 11. Juli in Bozeman (Montana) abgehalten wird.

Quelle: http://www.njit.edu/news/2013/2013-228.php

(THK)

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