INTEGRAL
100 Gamma-Quellen im Zentrum der Milchstraße
Redaktion
astronews.com
18. März 2004

Der Zentralbereich der Milchstraße wirkte im niederenergetischen Gammastrahlen-Bereich betrachtet bislang wie ein verschwommenes Band, über dessen Ursprung lange Zeit gerätselt wurde. Nun entdeckten Astronomen mit dem ESA-Teleskop INTEGRAL rund 100 Himmelsobjekte, die für das Gamma-Licht verantwortlich sind. Die Hälfte davon gehört zu einer bisher unbekannten Klasse von Gammastrahlen-Quellen. 

Das Zentrum der Milchstraße im Gamma-Licht, aufgenommen von INTEGRAL. Insgesamt 91 Punkte auf dem Bild wurden mit Sicherheit als einzelne Gammastrahler klassifiziert, während die anderen Punkte zu schwach für eine gesicherte Charakterisierung sind. Bild: ESA/ F. Lebrun (CEA-Saclay) [Gesamtansicht]

Bisher kannte man den Zentralbereich der Milchstraße im niederenergetischen Gamma-Licht nur als ein verschwommenes Band. Jetzt haben europäische Forscher, darunter auch vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, mit dem hochauflösenden Teleskop IBIS an Bord von INTEGRAL, dem International Gamma Ray Astrophysics Laboratory, festgestellt, dass sich hinter diesem diffusen Leuchten etwa 100 einzelne Himmelsobjekte verbergen. Diese sind die hauptsächliche Quelle des Gamma-Leuchtens und - entgegen bisheriger Annahmen - nur in geringem Maß die Strahlung aus dem interstellaren Raum. Wie die Forscher in der heutigen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature berichten, gehört knapp die Hälfte der entdeckten Objekte keiner der bisher bekannten Klassen von Gammastrahlen-Quellen an, sondern repräsentiert möglicherweise eine völlig neue Art von "Gamma-Strahlern" im Universum.

Dank der hohen Ortsauflösung und Empfindlichkeit von INTEGRAL ist es damit erstmals gelungen, einzelne Gamma-Quellen im Zentralbereich der Milchstraße zu identifizieren, wo bisherige Gamma-Teleskope nur ein verschwommenes Bild liefern konnten. Dass diffuse niederenergetische Gammastrahlung, vergleichbar der von medizinischen Röntgengeräten, aus dem Zentrum der Milchstraße austritt, hatte man erst Mitte der 1970er Jahre bei Ballon-Experimenten entdeckt. Seither spricht man vom so genannten galaktischen Gamma-Hintergrund.

Ursprünglich glaubte man, diese Strahlung stamme aus dem Raum zwischen den Sternen, dem interstellaren Medium, wo sie durch Wechselwirkungen der kosmischen Teilchenstrahlung mit Gas-Atomen oder auch mit anderen Photonen entstehen könnte. Eine solche Deutung konnte zwar den diffusen Charakter der Gamma-Strahlung erklären, denn Gas ist überall im Universum verteilt, doch nicht die beobachtete Stärke dieser Strahlung: Würde die Gammastrahlung tatsächlich nur durch den vorgeschlagenen Mechanismus entstehen, müsste sie eigentlich schwächer sein, als sie in Wirklichkeit zu beobachten ist. Dieses Rätsel, warum also die Milchstraße im Gammalicht derart hell leuchtet, konnte seit Jahrzehnten nicht gelöst werden.

Jetzt haben die Forscher mit dem hochauflösenden Teleskop IBIS (kurz für Imager on Board the Integral Satellite, von INTEGRAL festgestellt, dass die Gammastrahlung aus dem Zentralbereich der Milchstraße im wesentlichen von etwa 100 einzelnen Himmelsobjekten stammt, während die Strahlung aus dem interstellaren Raum dabei nur eine geringe Rolle spielt. Frühere Gamma-Teleskope hatten also nicht die erforderliche Ortsauflösung und Empfindlichkeit, um die einzelnen Quellen aufzulösen, weshalb man nur ein diffuses Leuchten sehen konnte.

Erste Hinweise darauf, dass der galaktische Hintergrund im Zentrum der Milchstraße durch eine größere Zahl einzelner Quellen verursacht wird, wurden bereits im Sommer vergangenen Jahres mit Hilfe von INTEGRAL gefunden. In Nature berichtet das Forscherteam unter Leitung von Francois Lebrun aus dem französischen Saclay jetzt vom Nachweis von 91 Gamma-Quellen in der Zentralregion der Milchstraße. Zur großen Überraschung der Wissenschaftler gehört etwa die Hälfte dieser Objekte keiner bisher bekannten Klasse von Gamma-Quellen an, sondern könnte eine ganz neue Art von Gammastrahlern repräsentieren.

Erste Hinweise auf die mögliche Existenz einer unbekannten Klasse von kosmischen Gammastrahlen-Quellen gab es schon im Oktober 2003, als INTEGRAL ein merkwürdiges Objekt mit dem Namen IGRJ 16318-4848 entdeckt hatte (astronews.com berichtete). Aus den Daten von INTEGRAL sowie vom ESA-Röntgenobservatorium XMM-Newton konnte man schließen, dass man es hierbei wahrscheinlich mit einem Doppelstern-System zu tun hatte, wobei es sich bei einem der Sterne um einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch handelt, dass in eine dicke Hülle aus kaltem Gas und Staub eingebettet ist. Wenn in diesem Doppelsternsystem Gas von dem anderen Stern auf das Schwarze Loch bzw. den Neutronenstern fällt, wird Energie in allen Wellenlängen abgestrahlt - hauptsächlich jedoch im Gamma-Bereich.

Projektleiter Francois Lebrun ist jedoch vorsichtig genug, um daraus voreilige Schlüsse über die jetzt gefundenen Quellen in der Zentralregion der Milchstraße zu ziehen. Denn es kommen auch andere Erklärungen in Frage, die nichts mit Schwarzen Löchern zu tun haben. So kann es sich zum Beispiel auch um die kompakten Überreste von explodierten Sternen handeln, die ihre Energie von sich schnell rotierenden "Sternenkraftwerken", so genannten Pulsaren, beziehen.

Was auch immer die genaue Natur der Quellen ist, INTEGRAL hat jetzt überzeugend gezeigt, dass die Strahlungsenergie der neuen Objekte nahezu 90 Prozent des gesamten niederenergetischen diffusen Gammahintergrunds aus der Zentralregion der Milchstraße erklärt. Die Strahlung aus dem interstellaren Raum spielt hingegen nur eine geringe Rolle - eine völlig neue Erkenntnis, denn damit stellt sich die Frage, ob solche Objekte überall in der Milchstraße zu finden sind und nicht nur in der Zentralregion. Lebrun meint dazu: "Es ist zwar nahe liegend, unsere bisherigen Ergebnisse auf die gesamte Milchstraße zu extrapolieren. Tatsächlich haben wir aber bisher nur die Zentralregion studiert und das ist ein ganz besonderer Ort in der Milchstraße im Vergleich zu ihrem Rest."

Was ist als nächstes zu tun? Volker Schönfelder, Leiter der Gamma-Gruppe im Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, erklärt, es sei sehr wichtig, die bisherigen Untersuchungen bei höheren Gamma-Energien durchzuführen. Hochenergetische Messungen sind wichtig, um die Natur der Quellen besser zu verstehen. In diesem Mess-Bereich ist das zweite Gamma-Teleskop auf INTEGRAL, das Spectrometer on INTEGRAL (SPI), empfindlicher und effektiver. Inzwischen sind diese Untersuchungen bereits im Gang, so dass man bald die Ergebnisse von IBIS und SPI vergleichen und zusammenfassen kann.

INTEGRAL ist das erste Weltraumobservatorium, das Sternenobjekte gleichzeitig im Gamma-, Röntgen- und optischen Licht beobachten kann. INTEGRAL wurde mit einer russischen Proton-Rakete am 17. Oktober 2002 in eine stark elliptische Umlaufbahn um die Erde gebracht (astronews.com berichtet). Zu seinen wichtigsten Beobachtungszielen gehören jene Regionen unserer Milchstraße, in denen chemische Elemente produziert werden, sowie kompakte Objekte, wie Schwarze Löcher.