Astroteilchen mit enormer Energie: Forscher rätseln über Herkunft eines Partikels

An jedem Tag prasseln Protonen und andere Teilchen aus allen Himmelsrichtungen auf die Erde ein. Das ist normal, die kosmische Strahlung wird größtenteils von der Atmosphäre absorbiert. Am 27. Mai 2021 aber geschah etwas, das den Forschern bis heute Kopfzerbrechen bereitet: Ein Teilchen mit einer Energie von 244 Exaelektronenvolt (EeV) traf auf die Erde.

Das ist viele Millionen Mal mehr als der Teilchenbeschleuniger LHC schafft. Die Herkunft ist des Teilchens noch immer unbekannt, wie jetzt die Telescope Array Collaboration im Fachmagazin „Science“ berichtet.

Astroteilchen mit derart hoher Energie werden nur selten gemessen. Den Rekord hält das „Oh-my-God“-Partikel, das 1991 detektiert wurde und auf 320 EeV kam. Es ist unbekannt, um welche Art von Teilchen es sich handelte; vermutlich ein Proton, das nahe der Lichtgeschwindigkeit gekommen war.

Diese Teilchen verraten sich, wenn sie auf Materie in der Erdatmosphäre treffen. Dadurch entstehen viele neue, sekundäre Teilchen und Strahlung, die zur Erde hin gerichtet sind und manchmal als „Teilchenschauer“ bezeichnet werden. Dies können mit empfindlichen Messgeräten detektiert werden, darunter dem Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien, an dem etliche deutsche Institute beteiligt sind, sowie dem Telescope Array in Utah, das von den USA, Japan und weiteren Ländern getragen wird und das das neue Hochenergieteilchen beobachtet hat.

Die Suche nach dem Ursprung

Das Autorenteam um Toshihiro Fujii von der Osaka Metropolitan University hat versucht, dessen Ursprungsregion zu identifizieren – ohne Erfolg. Gemeinhin gelten besonders gewaltige kosmische Phänomene, die etwa mit Schwarzen Löchern, aktiven Galaxienkernen oder Gammastrahlenausbrüchen zusammenhängen, als potenzielle Quellen.

In diesem Fall kam das geladene Teilchen aus der Nähe der Scheibe der Milchstraße herbeigeflogen, deren Magnetfelder es abgelenkt haben sollten. In Simulationen wurde der Einfluss herausgerechnet, um Quellregionen zu identifizieren. Doch dort fand sich nichts, was als Teilchenschleuder infrage kommen würde, berichten die Forscher.

Eine mögliche Erklärung wäre demnach, dass die Ablenkung durch Magnetfelder stärker ist als angenommen oder es eine bisher unbekannte Quelle in der kosmischen Nähe gibt. Oder dass man die Physik der hochenergetischen Teilchen noch nicht richtig verstanden hat.