Transparentes Universum

Mit dem MAGIC-Teleskop auf der Kanareninsel La Palma haben Max-Planck-Physiker Gammastrahlen gemessen, die ihre Quelle vor fünf Milliarden Jahren verlassen haben. Das Licht stammt aus der Umgebung des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie 3C279 und ist doppelt so lange unterwegs wie alle bisher beobachteten Gammasignale. Diese Entdeckung verändert unser Verständnis des Universums: Es ist für Gammastrahlen transparenter als gedacht. (Science, 27. Juni 2008)

Das schwarze Loch in der Galaxie 3C279 ist etwa eine Milliarde Sonnenmassen schwer und legt immer weiter zu. Dieser sogenannte aktive galaktische Kern schluckt alles, was ihm zu nahe kommt – Gas und Sterne aus seiner Umgebung – und lässt die Materie in einer Scheibe um sich rotieren. In diesem kosmischen Strudel stoßen die Teilchen miteinander zusammen und setzen Energie frei: Die Scheibe strahlt im gesamten Energiespektrum, von Radiowellen über optisches Licht bis zu den energiereichen Gammaquanten. Fast alle ausgesandte Strahlung durchläuft das Universum weitgehend ungestört. Nur das Gammalicht ist da eine Ausnahme: Es reagiert mit der Hintergrundstrahlung, die das Universum durchzieht und wird auf diese Weise ausgedünnt.

Nun ist 3C279 fünf Milliarden Lichtjahre von uns entfernt, was nahezu dem halben Radius des Alls entspricht. „Bis vor kurzem hat man gedacht, dass Gammastrahlen von so weit weg gar nicht auf der Erde ankommen dürften“, sagt Robert Wagner vom Max-Planck-Institut für Physik. „Neueste Messungen haben bereits angedeutet, dass das All transparenter ist als vermutet. Wir haben aber nun herausgefunden, dass es noch durchlässiger ist.“ Denn die Forscher des Münchner Max-Planck-Instituts für Physik haben Licht des weit entfernten Objekts 3C279 aufgespürt.

Als Detektor diente das weltweit größte Gammastrahlen-Teleskop MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) auf der Insel La Palma vor der afrikanischen Küste. Die Entdeckung der MAGIC-Kollaboration stellt die gängigen Theorien über das intergalaktische Hintergrundlicht in Frage: Das Universum ist für Gammalicht durchlässiger als erwartet. Entgegen gängiger Vermutungen enthält der Kosmos offenbar nur das geschätzte Minimum an Licht – nämlich jenes aller Galaxien und Sterne – und keine weiteren Ingredienzen. Und diese Hintergrundstrahlung haben Teleskope im optischen und infraroten Bereich bereits gemessen.

Das Hintergrundlicht ist von großem Interesse für die Forscher: Da es alles jemals ausgestrahlte Licht des Universums enthält, kündet es von den Strukturen im frühen Universum. Auf ihrem Weg durch das All sammeln die Gammastrahlen Informationen über die Regionen, die es passiert. „Mit den Messungen von MAGIC können wir das Hintergrundlicht von damals modellieren und so etwas über die Geschichte des Alls lernen“, sagt Wagner.

Es steckt aber noch mehr in der Beobachtung von Gammastrahlung. Das hochenergetische Licht wird von den gewaltigsten und exotischsten Quellen im Weltall erzeugt: von Supernovae, aktiven galaktischen Kernen oder den kurzlebigen Gammablitzen. Diese Strahlung erlaubt es den Wissenschaftlern, solche extremen physikalischen Phänomene näher zu erforschen – die weit mehr Energie freisetzen, als sich auf der Erde erzeugen lässt. Da Gammastrahlen nicht geladen sind, werden sie auch nicht von Magnetfeldern abgelenkt und weisen direkt auf ihren Ursprung. Damit verfügen die Astronomen über ein Fenster, durch das sie ferne Objekte direkt beobachten können.

Das MAGIC-Teleskop ist Teil des Roque de los Muchachos Observatoriums auf der Kanareninsel La Palma. MAGIC-I wurde in den Jahren 2002 bis 2004 installiert und wird heute von einer internationalen Forschergruppe betrieben, in der das Max-Planck-Institut für Physik in München eine federführende Rolle einnimmt. Am Projekt sind zurzeit etwa 150 Wissenschaftler aus Italien, Spanien, der Schweiz, Finnland, Bulgarien, Kroatien, Armenien, Polen und den USA beteiligt. In Deutschland arbeiten neben den Forschern des Max-Planck-Instituts auch Teams der Universität Würzburg, der Humboldt-Universität zu Berlin, der Universität Dortmund sowie des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) mit. Ein zweites, gleichartiges Teleskop (MAGIC-II) ist im Bau und wird im September 2008 eingeweiht.

Originalveröffentlichung:

J. Albert et al.
Very high energy gamma rays from a distant Quasar: How transparent is the Universe? Science, 27. Juni 2008