Während eines starken Sonnenausbruchs am 7. März 2012 registrierte das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA das energiereichste Licht, das jemals mit einer Eruption auf der Sonne in Zusammenhang stand. Die Entdeckung unterstreicht Fermis neue Rolle als Sonnenobservatorium - ein leistungsfähiges neues Werkzeug, um solare Ausbrüche während der Periode der maximalen Sonnenaktivität zu verstehen.

Ein Flare ist ein explosiver Ausbruch von Licht und geladenen Teilchen. Der starke Ausbruch vom 7. März, der basierend auf der Spitzenintensität seiner Röntgenstrahlen als X5.4 klassifiziert wurde, ist die bislang stärkste Eruption, die Fermis Large Area Telescope (LAT) beobachtet hat. Der Ausbruch produzierte solch einen Erguss an Gammastrahlen - einer Form von Licht mit noch höherer Energie als Röntgenstrahlen -, dass die Sonne kurzzeitig das hellste Objekt am Gammastrahlenhimmel wurde.

"Dank der Einschläge von Hochgeschwindigkeitspartikeln - kosmische Strahlen genannt - sah das LAT an Bord von Fermi die Sonne während des Großteils seiner vier Jahre im Weltraum als schwache, gleichmäßige Gammastrahlenquelle", sagte Nicola Omodei, eine Astrophysikerin an der Stanford University in Kalifornien. "Jetzt beginnen wir zu sehen, zu was die Sonne selbst imstande ist."

Im Rahmen des 220. Treffens der American Astronomical Society in Anchorage (Alaska) schilderte Omodei die solaren Beobachtungen Fermis gegenüber den anwesenden Journalisten.



Zur Spitze des Ausbruchs registrierte das LAT Gammastrahlen mit der zweimilliardenfachen Energie von sichtbarem Licht, etwa vier Milliarden Elektronenvolt (Gigaelektronenvolt, GeV), was leicht einen Rekord für das energiereichste Licht aufstellte, das jemals während oder kurz nach einer Sonneneruption beobachtet wurde. Der Strom hochenergetischer Gammastrahlen, definiert als jene mit Energien über 100 Millionen Elektronenvolt (Megaelektronenvolt, MeV), war 1.000 Mal größer als die gleichmäßige Abstrahlung der Sonne.

Der Ausbruch vom März ist auch bemerkenswert wegen der Beständigkeit seiner Gammastrahlen-Emission. Fermis LAT registrierte rund 20 Stunden lang hochenergetische Gammastrahlen - 2,5 Mal länger als bei jedem anderen aufgezeichneten Ereignis.

Dank der scharfen Winkelauflösung des LAT markiert das Ereignis außerdem erstmals die Lokalisierung einer Gammastrahlenquelle auf der Sonnenscheibe, die größer als 100 MeV ist.

Flares und andere eruptive solare Ereignisse produzieren Gammastrahlen, indem sie geladene Teilchen beschleunigen, die dann mit Materie in der Sonnenatmosphäre und der sichtbaren Oberfläche kollidieren. Beispielsweise resultieren Wechselwirkungen zwischen Protonen in kurzlebigen, subatomaren Teilchen namens Pionen, welche hochenergetische Gammastrahlen erzeugen, wenn sie zerfallen. Kerne, die durch Kollisionen mit niederenergetischen Ionen angeregt wurden, geben charakteristische Gammastrahlen ab, wenn sie sich beruhigen. Beschleunigte Elektronen emittieren Gammastrahlen, wenn sie mit Protonen und Atomkernen kollidieren.

Fermis LAT überwacht den gesamten Himmel alle drei Stunden und sucht nach Gammastrahlen mit Energien zwischen 20 MeV und mehr als 300 GeV. Seine hohe Empfindlichkeit und sein großes Blickfeld machen das LAT zu einem ausgezeichneten Werkzeug für die Überwachung der Sonne.



Ein anderes Instrument an Bord von Fermi, der Gamma-ray Burst Monitor (GBM), beobachtet ständig den gesamten Himmel, der nicht von der Erde verdeckt wird. Er wurde entwickelt, um Licht zwischen 8.000 Elektronenvolt und 40 MeV zu registrieren, deswegen ermöglichen die ergänzenden Fähigkeiten des GBM Wissenschaftlern Zugang zu einem niedrigen, aber überlappenden Energiebereich, in dem solare Phänomene interessante Merkmale hervorrufen. Beide Instrumente beobachteten am 12. Juni 2010 eine starke, aber weniger energiereiche Sonneneruption.

"Den Anstieg und Abfall dieses kurzen Ausbruchs in beiden Instrumenten zu sehen, erlaubte uns zu bestimmen, dass einige dieser Teilchen in nur drei Sekunden bis auf zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden", sagte Michael Briggs, ein Mitglied des GBM-Teams an der University of Alabama in Huntsville.

Die Sonneneruptionen nehmen zu, während sich die Sonne auf das Maximum ihres ungefähr elfjährigen Aktivitätszyklus zubewegt, das jetzt für Mitte 2013 erwartet wird.

"Zusammen mit verfügbaren theoretischen Modellen werden die Fermi-Beobachtungen uns die Möglichkeit geben, die Energien und Typen der Teilchen zu rekonstruieren, die während der Flares mit der Sonne wechselwirken - eine Erkenntnis, die völlig neue Wege in der Sonnenforschung eröffnen wird", sagte Gerald Share, ein Astrophysiker an der University of Maryland in College Park.



Das Fermi Gamma-ray Space Telescope ist eine Partnerschaft von Astrophysikern und Teilchenphysikern. Fermi wird vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) betrieben. Es wurde in Zusammenarbeit mit dem U.S. Department of Energie entwickelt. Weitere Beiträge leisteten akademische Einrichtungen und Partner in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den Vereinigten Staaten.

(THK)

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