Könnten wir mit unseren Augen Gammastrahlen sehen, dann würde die “Fermi-Blasen” fast den gesamten sichtbaren Himmel einnehmen. Entdeckt wurden diese gigantischen Strukturen in unserer Milchstraße erst im Jahr 2010 und verstanden hat man sie bis heute noch nicht wirklich. Davon, was man bis jetzt erfahren hat, erzähle ich in der neuen Folge der Sternengeschichten.

Sternengeschichten-Cover

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Transkription

Vieles von dem, was im Universum existiert können wir nicht sehen. Zumindest dann nicht, wenn wir uns auf unsere Augen verlassen. Es ist überraschend, wie wenig wir mit ihnen eigentlich wahrnehmen können. Sie zeigen uns nur einen ganz kleinen Ausschnitt der Realität und dennoch kommt es uns so vor, als wäre das alles, was vorhanden und alles, was wichtig ist.

Dabei würde die Welt mit anderen Augen auch ganz anders aussehen. Wenn wir in einer klaren Nacht zum Himmel schauen, sehen wir jede Menge Dunkelheit mit hunderten hellen Lichtpunkten der Sterne. Hätten wir aber andere Augen, dann würden wir sehen, das zwei Drittel des Himmels von einer gigantischen Struktur eingenommen wird, die alles andere winzig erscheinen lassen würde.

Zum Glück haben die Astronomen in den letzten Jahrzehnten gelernt, sich neue Augen zu bauen und eines davon hat vor wenigen Jahren genau dieses den Himmel umspannende Phänomen entdeckt. Das “Auge”, das sie dabei verwendet haben war das Fermi Gamma-ray Space Telescope und die Struktur trägt den Name “Fermi-Blase”.

Das Fermi Gamma-ray Space Telescope, oder kurz “Fermi” ist ein Weltraumteleskop das in der Lage ist, Gammastrahlung zu registrieren. Dabei handelt es sich um sehr kurzwellige elektromagnetische Strahlung. Die Wellenlänge der Gammastrahlung ist viel kürzer als die des normalen sichtbaren Lichts, das wir mit unseren Augen sehen können. Entdeckt wurde diese Art des Lichts im Jahr 1900 bei der Untersuchung der Radioaktivität. Wenn radioaktives Material zerfällt, dann sendet es dabei Licht in Form von Gammastrahlung aus und es ist genau diese Strahlung und ihre hohe Energie, die die Radioaktivität für uns Menschen so gefährlich macht. Die Gammastrahlung kann Materie durchdringen und die Moleküle in unserem Körper beschädigen.

Gammastrahlung gibt es aber nicht nur in radioaktiven Elementen; sie entsteht auch im Weltall wenn dort zum Beispiel geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit mit Staubkörnchen oder Gasmolekülen kollidieren und dabei abgebremst werden. So etwas kann dort passieren, wo es starke Magnetfelder gibt, die diese Teilchen entsprechend schnell beschleunigen können. Magnetfelder wie sie bei großen schwarzen Löchern existieren oder bei den Überresten ehemaliger Sterne. Aber auch Sternexplosionen können Teilchen stark genug beschleunigen und jede Menge Gammastrahlung erzeugen.

Es ist also nicht überraschend, das Astronomen gerne die Gammastrahlung beobachten wollen, die aus dem Weltall zu uns kommt den aus ihr lässt sich jede Menge lernen. Das Problem ist allerdings die Atmosphäre der Erde. Sie lässt die Gammastrahlung nicht durch und eigentlich ist das nur ein Problem für die Astronomen; für uns Menschen allgemein ist es eine ziemlich gute Sache, das wir so vor dieser kosmischen Strahlung geschützt sind. Aber die Astronomen wollten sie trotzdem sehen und haben daher entsprechende Teleskope ins Weltall geschickt, wo sie einen direkten Blick auf das Gammalicht des Universums haben.

Das Fermi-Teleskop wurde am 11. Juni 2008 ins Weltall geschickt und beobachtet seitdem, was es dort an Gammastrahlen zu sehen gibt. Und da gab es einiges: Zum Beispiel den bisher stärksten registrierten Gammablitz, eine gewaltige Explosion, stärker als 9000 Supernovas (über die Gammablitze habe ich auch schon in Folge 42 der Sternengeschichten gesprochen). Fermi entdeckte auch viele Überbleibsel von anderen, schwächeren Supernova-Explosionen – und entdeckte sogar auf unserer eigenen Erde Neues: Auch hier gibt es – zum Glück kleinere – Gammablitze, die durch elektrische Felder in Gewitterwolken entstehen können.

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Kommentare (14)

  1. #1 Captain E.
    31. Juli 2015

    Und da behaupte noch mal wieder eines dieser selbst ernannten “Genies”, die Naturwissenschaftler wären im Scheuklappen-/Schubladendenken verhaftet und würden sich niemals etwas Neues einfallen lassen.

    Übrigens: Das mit der Schädigung durch radioaktive Strahlen ist natürlich nur die halbe Wahrheit. So ist Alphastrahlung, also Heliumkerne, völlig harmlos, wenn sie außerhalb des Körpers entsteht. Spätestens die toten Hautzellen, mit denen Lebewesen sich umgeben, stoppen diese Art Strahlung. Das kehrt sich aber gerade völlig um, wenn der radioaktive Zerfall sich im Inneren des Körpers abspielt. Ein Gutteil der entstehenden Gammstrahlung tritt ohne jede Interaktion aus, aber die Alphastrahlung hat fast gar keine andere Möglichkeit als eine lebende Körperzelle zu treffen. Aus diesem Grund macht dann auch Schutzkleidung Sinn, die gegen Gammastrahlung überhaupt keinen Schutz bildet.

  2. #2 Artur57
    31. Juli 2015

    Was nun wirklich überrascht, ist die Blasenform des Gebildes. Kann es sein, dass die Gammaquanten auf einer gekrümmten Bahn zu uns kommen und dass es somit nur so aussieht, als ob es eine Blase wäre? Wohl nicht, denn die Blase hat einen Durchmesser von mindestens 10000 Lichtjahren, da ist die Raumkrümmung minimal. Die Strahlung entsteht durchaus dort, wo wir sie sehen.

    Aber da sind ja keine Sterne. Uranvorkommen? Auch nicht. Fusionsprozesse? Noch weniger. Was bleibt? Nun, Paarvernichtung zweier Teilchen.

    Was aber hieße, dass vom Zentrum der Galaxis sowohl Materie als auch Antimaterie ausgeschleudert wird. Hm.

    Ich hoffe, dass ich den erlaubten Rahmen der Hypothesenbildung nicht überschritten habe und dass es gerade eben so noch auf der Grenze ist.

  3. #3 PDP10
    31. Juli 2015

    @Artur57:

    “Ich hoffe, dass ich den erlaubten Rahmen der Hypothesenbildung nicht überschritten habe und dass es gerade eben so noch auf der Grenze ist.”

    Nö, den “Rahmen der Hypothesenbildung” kann man nicht überschreiten. Deswegen heisst es ja “Hypothese”.

    Hypothesen sollten allerdings halbwegs konsistent sein mit dem was man schon weiss.
    Sie sollten plausibel sein.

    Ein Plausibilitätscheck deiner Hypothese wäre dann zB die erste Frage, die sich mir dabei stellen würde:

    Woher kommt die ganze Antimaterie?

    Eine plausible Vermutung darüber anzustellen wäre zwar keine hinreichende aber notwendige Bedingung dafür, deine Hypothese einer ernsthaften Überprüfung zu unterziehen.

  4. #4 Artur57
    31. Juli 2015

    “Woher kommt die ganze Antimaterie?”

    Danke, ich hatte mit dieser Frage gerechnet.

    Nun, eben der umgekehrte Prozess, die Paarerzeugung

    Hierbei entsteht ein Teilchen und ein Antiteilchen entweder aus einem oder zwei Gammaquanten. Wo kommen letztere wieder her?

    Nun, das Schwarze Loch verwandelt etwa 40 Prozent der einfallenden Materie in Energie, sprich Gammastrahlung. Wir haben hier starke Raumkrümmungen und die Geodäten sind gebogen. Da sie äquatorial entstehen, werden sie wohl bevorzugt zu den Polen wandern. Dort finden dann die Paarerzeugungen statt, die tatsächlich gleich viel Materie und Antimaterie produzieren.

    Also auch da ist die Hypo dicht.

  5. #5 PDP10
    31. Juli 2015

    @Artur57:

    “Nun, eben der umgekehrte Prozess, die Paarerzeugung”

    Nee. So einfach ist das nicht.

    Das so etwas wie Paarerzeugung möglich ist, heisst nicht, dass es auch oft genug passiert.

    Aus dem von dir verlinkten Wikipedia Artikel:

    “Dass die Bildung eines Elektron-Positron-Paares nur bei Wechselwirkung des Photons mit einem Teilchen (hier dem Atomkern), aber nicht im Vakuum beobachtet wird, lässt sich mit der allgemeingültigen Impulserhaltung erklären. “

    Weiter unten steht zwar:

    “Auch durch Stöße sehr energiereicher Photonen untereinander können reale Elektron-Positron-Paare erzeugt werden.”

    Das ist aber ein sehr, sehr unwahrscheinlicher Prozess.

    Noch weiter unten wird dann der “differentielle Wirkungsquerschnitt” angesprochen.

    Das ist die Grösse, die einem die Wahrscheinlichkeit eines solchen Paarbildungsprozesses quantitativ anzeigt.

    Wie das geht, damit rumzurechnen habe ich vor ungefähr 20 Jahren vergessen.

    Aber es ist ja deine Hypothese. Da eine quantitative Abschätzung zu machen wäre also deine Sache … :-)

    Ich rate jetzt mal (educated guess!):

    Viel zu unwahrscheinlich.

    Im übrigen nehme ich mal ganz naiv an, dass die oben zitierten Autoren der Arbeiten zu dem Thema dieser Spur auch nachgegangen sind und im Unterschied zu mir und dir fähig sind, die Wahrscheinlichkeiten für solche Paarerzeugungen auch auszurechnen …

  6. #6 Artur57
    1. August 2015

    Ja, verstanden. Zur Paarerzeugung aus nur einem Photon braucht es ein extrem starkes elektrisches Feld, wie es üblicherweise nur um Atomkerne oder in der Hülle vorhanden ist. Das aber dürfen wir in der Nähe des Schwarzen Lochs ebenfalls erwarten. Die Feldstärken sind extrem.

    Ja, auch die Paarerzeugung durch zwei Photonen ist unwahrscheinlich, wird aber durch die große Zahl wettgemacht, denn das SL wirkt als Linse, die für die nötige Konzentration sorgt.

    Ich rate jetzt mal (educated guess!):
    Viel zu unwahrscheinlich.

    Nun ja, aber doch hinreichend interessant, um aufgeschrieben zu werden. Und: noch nicht falsifiziert.

    Die These ist noch aus einem anderen Grund reizvoll: sowohl die erzeugten Teilchen als auch die Paare von Gammaquanten sind ja miteinander verschränkt. Das Schicksal des einen wirkt sich unter bestimmten Umständen auf das andere aus. Da ergäben sich vielleicht ganz neue Beobachtungsmöglichkeiten.

  7. #7 Florian Freistetter
    1. August 2015

    Es gibt übrigens auch Satelliten, die extra dazu da sind, nach Antimaterie bzw. der bei der Paarvernichtung erzeugten Strahlung zu suchen (AMS, Pamela, etc). Die hätten vermutlich schon Bescheid gesagt, wenn da jede Menge vom schwarzen Loch im Zentrum kommen würde…

  8. #8 Jens
    1. August 2015

    Wie sind eigentlich die Lebensbedingungen in so einer Gammastrahlenblase?

  9. #9 Artur57
    1. August 2015

    @Florian

    Es gibt übrigens auch Satelliten, die extra dazu da sind, nach Antimaterie bzw. der bei der Paarvernichtung erzeugten Strahlung zu suchen (AMS, Pamela, etc).

    Also soweit ich das gelesen habe, sollen diese Satelliten das Antiteilchen einfangen und dann die Annihilationsreaktion messen. Dazu müssten sie aber in diesem Falle selbst in die Fermi-Blase fliegen. Bisschen weit und die Antwortzeiten sind nicht wirklich im grünen Bereich.

    @Jens

    Wie sind eigentlich die Lebensbedingungen in so einer Gammastrahlenblase?

    Wie schon gesagt, durchdringt Gammastrahlung jede Materie und wäre nur durch sehr dicke Bleiplatten halbwegs abschirmbar. Sie zerstört jedes bekannte Material und ist wohl auch für die immer wieder auftretenden Risse im Containment von Atomkraftwerken verantwortlich.

    Der Mensch trägt durch Gammastrahlung alle möglichen Schäden davon und es kommt zu allen möglichen Krankheiten. Man könnte hier Bescheid wissen, denn sowohl in Tschernobyl als auch in Fukushima haben die Arbeiter Dosimeter getragen. Jetzt hätte man daraus ableiten können, welche Dosis welche Krankheiten nach sich zieht.

    Und? Die Atomindustrie hat das in beiden Fällen verhindert.

  10. #10 Florian Freistetter
    1. August 2015

    @Artur: “Also soweit ich das gelesen habe, sollen diese Satelliten das Antiteilchen einfangen und dann die Annihilationsreaktion messen. “

    Kann ich mir jetzt irgendwie nicht vorstellen… Diese Satelliten messen Gammastrahlung. Und “fangen” nix ein…

  11. #11 PDP10
    1. August 2015

    @Florian, Artur:

    “Kann ich mir jetzt irgendwie nicht vorstellen… Diese Satelliten messen Gammastrahlung. Und “fangen” nix ein…”

    Ich glaube, Artur hat da das von dir erwähnte AMS im Kopf.

    Das ist aber kein Satellit, sondern ein Massenspektrometer an Bord der ISS:

    http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/ams-auf-der-iss-all-experiment-findet-antimaterie-im-ueberschuss-a-892337.html

  12. #12 Captain E.
    2. August 2015

    @Artur57:

    Wie schon gesagt, durchdringt Gammastrahlung jede Materie und wäre nur durch sehr dicke Bleiplatten halbwegs abschirmbar. Sie zerstört jedes bekannte Material und ist wohl auch für die immer wieder auftretenden Risse im Containment von Atomkraftwerken verantwortlich.

    Verwechselt du da nicht vielleicht die Gamma- mit der Neutronenstrahlung? Schau mal, die Gammstrahlung durchdringt doch genau deswegen alle Materialien, weil sie eher schwach wechselwirkt. Der Neutronenbeschuss der Reaktorelemente ist dagegen nicht ohne. Spätestens nach dem Einfang des dritten Neutrons wird z.B. ein Eisenatom radioaktiv und zerfällt vermutlich (Mangan?), bevor es noch ein Neutron einfangen und wieder stabil werden könnte. Durch diese Transmutation des Materials dürfte es zu besagten Problemen kommen.

    Der Mensch trägt durch Gammastrahlung alle möglichen Schäden davon und es kommt zu allen möglichen Krankheiten. Man könnte hier Bescheid wissen, denn sowohl in Tschernobyl als auch in Fukushima haben die Arbeiter Dosimeter getragen. Jetzt hätte man daraus ableiten können, welche Dosis welche Krankheiten nach sich zieht.

    Und? Die Atomindustrie hat das in beiden Fällen verhindert.

    Tatsächlich? Aber nur mal als Denkanstoß: Wieso tragen die Arbeiter vor Ort Schutzanzüge, wenn die gegen Gammastrahlung sowieso nicht helfen? Und ja, sie helfen wirklich nicht.

  13. #13 Artur57
    16. August 2015

    Verzeihung für die späte Antwort. War in der Wildnis.

    Also Schutzanzüge werden getragen, um die Alpha- und Beta-Strahlung abzuweisen, was sie durchaus können. Nicht aber Gammastrahlung. Bezüglich ihrer Gefährlichkeit kann man da ein wenig interpolieren, denn es gibt ja bereits Grenzdosen für Röntgenstrahlung. Gamma ist eben noch eine Schippe drauf.

    Dein Einwand mit der Neutronenstrahlung ist natürlich richtig, aber bei radioaktiven Materialien treten ja beide Strahlungsarten stets gemeinsam auf. Auch über die Gefährlichkeit der Neutronenstrahlung ist fast nichts bekannt, obwohl es das sein könnte.

    Die biologische Wirkung von starker Neutronenstrahlung ist weiterhin kaum erforscht.

    weiß Wikipedia

  14. #14 Max
    9. September 2015

    Ich hab aus Zeitmangel alles nur über flogen, deswegen bitte nicht schlagen, falls das schon hier erwähnt wurde:

    Irgendwie erinnern mich die Gebilde an Atomorbitale…