Die Entdeckung, von der ich aber anfangs gesprochen habe, fand im November 2010 statt. Bei der Vermessung des Himmels im Gammalicht hat Fermi festgestellt, das sich über und unter der Ebene unserer Milchstraße zwei riesige Blasen befinden, aus denen Gammastrahlung ausgesandt wird. Und “riesig” ist dabei noch untertrieben: Die Blasen reichen von der Ebene der Milchstraße 25.000 Lichtjahre darüber beziehungsweise darunter. Es sind Strukturen die in ihren Ausmaßen mit der ganzen Galaxis vergleichbar sind und auch ihre Entstehung muss mit den Eigenschaften und Vorgängen in der gesamten Milchstraße zu tun haben.

Nur: Wie diese Fermi-Blasen entstehen ist immer noch nicht vollständig geklärt. Die Blasen sitzen mit ihrer Basis genau in der Mitte der Milchstraße. Man kann also davon ausgehen, dass ihr Ursprung auch mit dieser Zentralregion zusammenhängt. Im Zentrum der Galaxis befindet sich – so wie in jeder anderen großen Galaxie auch – ein supermassereiches schwarzes Loch, das daher auch zum Hauptverdächtigen im Fall der Fermi-Blasen wurde.

2011 haben chinesische Forscher ein entsprechendes Modell entwickelt. In der zentralen Region der Milchstraße stehen die Sterne ja viel näher beieinander als in den dünn besiedelten äußeren Regionen in denen sich unsere Sonne befindet. Im Zentrum der Milchstraße kommt es daher öfter mal vor, das Stern dem schwarzen Loch zu nahe kommen. Dann werden sie auseinander gerissen und das ganze Material aus dem sie bestanden haben, verschwindet im Loch. Aber nicht komplett. Ein Teil wird auch davon geschleudert, hinaus ins All. Das passiert im Durchschnitt alle 30 Millionen Jahre und wenn dann das Sternenmaterial mit hoher Geschwindigkeit davon geschleudert wird, entstehen Stoßwellen in der sogenannten intergalaktischen Materie, also den verstreuten Molekülen und Atomen die sich überall zwischen den Sternen befinden. Diese Stoßwellen können Teilchen schnell genug beschleunigen, damit sie Gammastrahlung abgeben. So entstanden im Laufe der Zeit die Fermi-Blasen. Das war zumindest die Hypothese der Forscher.

2013 haben niederländische Wissenschaftler allerdings neue Beobachtungen durchgeführt, die auf einen anderen Mechanismus hindeuten. Sie haben mit einem Radioteleskop von der Erde aus ganz genau vermessen, wie sich das ganze Material in der Nähe des galaktischen Zentrums bewegt und konnten auch die Stärke des Magnetfeldes messen, das von all den durch die Gegend sausenden elektrisch geladenen Teilchen erzeugt wird. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Partikel dort mit bis zu 1000 Kilometern pro Sekunde bewegen! Aus der Vermessung der Magnetfelder die dort existieren konnten die Forscher auch Rückschlüsse auf den Ursprung der Teilchenströme ziehen. Und stellten fest, das die vermutlich nicht vom zentralen schwarzen Loch kommen. Vermutlich sind es doch die Sterne, die für die Fermi-Blasen verantwortlich sind. Im dicht besiedelten Zentrum der Milchstraße entstehen Sterne auch viel öfter. Es gibt dort also mehr Sterngeburten und damit auch mehr Sterne, die ihr Leben bei einer Supernova-Explosion beenden. Jedesmal wenn das passiert, werden Teilchen hinaus ins All geschleudert und tragen dabei zur Gammastrahlung bei, die aus den Fermi-Blasen kommt.

Messungen aus dem Jahr 2015 scheinen dieses Szenario zu bestätigen. Mit Beobachtungen des Hubble-Teleskops konnte man feststellen, wie das ganze Material zusammengesetzt ist, dass da mit so enormen Geschwindigkeiten aus der zentralen Region der Milchstraße hinaus strömt. Sie fanden chemische Elemente wie Silicium, Kohlenstoff oder Aluminium, die all im Inneren von großen Sternen durch Kernfusion entstehen und bei Supernova-Explosionen freigesetzt werden.

Aber endgültig geklärt ist die Sache noch nicht. Es wird weitere Beobachtungen brauchen, bevor dieses spezielle astronomische Rätsel geklärt ist. Wir werden das Universum noch ein bisschen weiter betrachten müssen und dabei natürlich immer auch auf das achten müssen, was unsere Augen nicht sehen 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…