Die geheimnisvolle Herkunft der extragalaktischen Gammastrahlen

LONDON (IT BOLTWISE) – Die Herkunft der extragalaktischen Gammastrahlen bleibt ein Rätsel, das Astronomen seit Jahrzehnten beschäftigt. Während die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung gut verstanden ist, bleibt die Quelle der extragalaktischen Gammastrahlenhintergrundstrahlung (EGB) weitgehend unbekannt. Neue Forschungen deuten darauf hin, dass nicht nur ferne Galaxien, sondern auch andere kosmische Phänomene wie aktive galaktische Kerne und möglicherweise sogar dunkle Materie eine Rolle spielen könnten.

Die Erforschung der Herkunft von Gammastrahlen aus dem tiefen Weltraum ist ein faszinierendes Thema, das Astronomen seit den 1970er Jahren beschäftigt. Während die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) als Überbleibsel des Urknalls gut verstanden ist, bleibt die Quelle der extragalaktischen Gammastrahlenhintergrundstrahlung (EGB) ein Rätsel. Diese Strahlung, die aus dem gesamten Universum stammt, könnte von einer Vielzahl von Quellen erzeugt werden, darunter schwarze Löcher in den Zentren ferner Galaxien, subatomare Teilchenreaktionen oder sogar dunkle Materie.

Seit der Entdeckung der EGB haben Wissenschaftler versucht, die spezifischen Quellen dieser hochenergetischen Strahlung zu identifizieren. Etwa die Hälfte der EGB kann auf große, energiereiche Objekte wie aktive galaktische Kerne und sternbildende Galaxien zurückgeführt werden. Diese Objekte sind hell genug, um von der Erde aus beobachtet zu werden, und tragen zur sogenannten “aufgelösten” EGB bei. Die andere Hälfte der EGB bleibt jedoch “ungelöst”, was bedeutet, dass ihre Quelle zu weit entfernt ist, um mit Teleskopen sichtbar zu sein.

Ein Team von Wissenschaftlern hat die Hypothese untersucht, dass Galaxien eine bedeutende, wenn nicht sogar dominante Quelle der ungelösten EGB sein könnten. Sie argumentierten, dass, wenn nahegelegene Galaxien eine Quelle der aufgelösten EGB sind, ferne Galaxien eine ähnliche Quelle der diffusen ungelösten EGB darstellen könnten. Galaxien erzeugen Gammastrahlen durch eine Abfolge von Ereignissen: Zuerst entstehen Sterne, die dann explodieren oder als Supernovae enden. Diese Supernovae beschleunigen Teilchen wie Protonen und Elektronen zu hohen Geschwindigkeiten, die als kosmische Strahlen bekannt sind. Wenn kosmische Strahlen kollidieren, setzen sie Energie frei, die schließlich in Form von Gammastrahlen endet.

Die Forscher entwickelten ein Modell, um die Menge an Gammastrahlenstrahlung zu schätzen, die eine Galaxie realistisch produzieren könnte, sowie die Energie dieser Gammastrahlen. Sie verwendeten Daten von über 22.000 Galaxien aus dem GOODS-S-Katalog, der mit dem Hubble-Weltraumteleskop gesammelt wurde. Mit ihrem Modell schätzten sie, wie viel Gammastrahlenstrahlung diese Galaxien zu ihrem kleinen Himmelsbereich beitragen sollten, und verglichen diese Schätzungen mit den tatsächlichen Beobachtungen des Fermi-Gammastrahlen-Teleskops.

Die Ergebnisse zeigten, dass Galaxien im Energiebereich von 1 bis 10 GeV etwa 50-60% der ungelösten EGB im gesamten Raum ausmachen könnten, jedoch nicht die gesamte Strahlung erklären. Bei Energien unter 1 GeV und über 10 GeV nimmt der Beitrag der Galaxien stark ab. Dies deutet darauf hin, dass frühere Studien, die die Hypothese der sternbildenden Galaxien untersuchten, deren Beitrag zur ungelösten EGB wahrscheinlich überschätzt haben. Die Forscher schlussfolgerten, dass neben sternbildenden Galaxien auch andere Phänomene wie aktive galaktische Kerne und Millisekundenpulsare als potenzielle Kandidaten für die ungelöste EGB in Betracht gezogen werden sollten. Darüber hinaus könnte die Möglichkeit bestehen, dass unbekannte Interaktionen, wie die Annihilation dunkler Materie, Teil des Puzzles sind.

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