
Der Ursprung kosmischer Strahlen im Universum hat Wissenschaftler jahrzehntelang verwirrt. Aber eine neue Studie von Forschern, die Daten des IceCube Neutrino Observatory am Südpol verwendeten, enthüllt neue Informationen. Sie könnten möglicherweise dabei helfen, das lang bestehende Rätsel zu lösen, wie und wo genau diese „Strahlen“ (eigentlich sind es hochenergetische Teilchen) produziert werden. Kosmische Strahlen können Elektronik auf der Erde und menschliche DNA beschädigen, was besonders für Astronauten im Weltraum gefährlich ist.
Die Forschungsarbeit stützt sich auf Daten, die von IceTop gesammelt wurden, dem Oberflächennetzwerk von Detektoren des IceCube Observatory. Sie wurde online in Physical Review D, veröffentlicht, einem führenden Journal für Elementarteilchenphysik. Der Physiker Bakhtiyar Ruzybayev von der University of Delaware ist der Autor der Studie. Wissenschaftler der University of Delaware waren die leitende Gruppe für die Konstruktion von IceTop und erhielten Unterstützung von der National Science Foundation. Die Koordinierung lief über das Projektbüro der University of Wisconsin in Madison.
Je mehr die Wissenschaftler über das Energiespektrum und die chemische Zusammensetzung von kosmischen Strahlen erfahren, desto näher wird die Menschheit der Beantwortung der Frage kommen, woher diese energiereichen Teilchen stammen. Kosmische Strahlen können Energien von über 100 Milliarden Gigaelektronenvolt (1011 GeV) erreichen. Die Daten aus der neuesten Studie umfassen den Energiebereich von 1,6 * 106 GeV bis 109 GeV.
Die Forscher sind besonders daran interessiert, die kosmischen Strahlen in diesem Bereich zu identifizieren. Sie nehmen an dass der Übergang von kosmischen Strahlen, welche in der Milchstraßen-Galaxie erzeugt wurden, zu „extragalaktischen“ kosmischen Strahlen, die außerhalb unserer Galaxie produziert wurden, in diesem Energiebereich auftritt. Explodierende Sterne – Supernovae – gehören zu den Quellen kosmischer Strahlen hier in unserer Galaxie, während entfernte Objekte wie kollabierende massereiche Sterne und aktive galaktische Kerne die energiereichsten Teilchen produzieren, die in der Natur vorkommen.

Wie Ruzybayev anhand eines eingereichten Schaubildes betont, folgt das Energiespektrum von kosmischen Strahlen zwischen dem „Knie“ bei etwa vier Petaelektronenvolt (PeV) und dem „Knöchel“ bei etwa vier Exaelektronenvolt (EeV) keinem einfachen Potenzgesetz, wie bislang gedacht. Stattdessen zeigt es Merkmale wie eine Versteifung bei circa 20 Petaelektronenvolt und ein Steilerwerden bei 130 Petaelektronenvolt.
„Das Spektrum wird am ‚Knie‘ steiler, was gewöhnlich als der Anfang vom Ende der galaktischen Population interpretiert wird. Unter dem ‚Knie‘ sind die kosmischen Strahlen galaktischen Ursprungs, während oberhalb dieser Energie die Teilchen aus entfernteren Regionen unseres Universums immer wahrscheinlicher werden“, erklärte Ruzybayev. „Diese Messungen liefern neue Beschränkungen, die von jedem Modell erfüllt werden müssen, das die Beschleunigung und die Verteilung kosmischer Strahlen zu erklären versucht.“
IceTop besteht in seiner endgültigen Konfiguration aus 81 Stationen und bedeckt ein Gebiet von einem Quadratkilometer Fläche auf der Oberfläche des Südpols oberhalb der IceCube-Detektoren, die über 1,6 Kilometer tief im Eis verborgen sind. Die in diesem Artikel präsentiere Analyse wurde mit Daten durchgeführt, die zwischen Juni 2010 und Mai 2011 gesammelt wurden, als das Array aus nur 73 Stationen bestand. Die IceCube Collaboration umfasst fast 250 Menschen von 39 Forschungseinrichtungen in elf Ländern, darunter die University of Delaware.
Quelle: http://www.udel.edu/udaily/2014/aug/cosmic-rays-082913.html
(THK)
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