Interstellare Messwerte: Raumsonde misst das Summen des sternenfernen Weltraums

„Das interstellare Medium ist wie ein sanfter Regen“, sagt James Cordes, Professor für Astronomie an der Cornell University in USA. Das leise Prasseln dieses Regens, um im Bild zu bleiben, hat die Raumsonde „Voyager 1“ aufgezeichnet und die Messungen zur Erde geschickt.

Ein Forschungsteam Stella Koch Ocker hat die Daten ausgewertet und präsentiert die Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“. „Es ist ein schwaches und monotones Signal in einem sehr engen Frequenzbereich“, sagt die Doktorandin an der Cornell University. Doch man habe damit das leise aber stetige Summen des interstellaren Gases aufgefangen.

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Turbulenzen im interstellaren Raum

Interstellares Gas ist zwischen den Sternen der Milchstraße verteilt. Es handelt sich vor allem Wasserstoff, der zum Teil in ionisierter Form als Plasma vorliegt. Die interstellare Gas- und Plasmawolke bewegt sich mit der Drehung der Milchstraße.

In dem immer noch als sonnennah zu bezeichnenden interstellaren Raum, in den die Sonde vorgedrungen ist, sorgen Aktivitätsausbrüche der Sonne für erhebliche kurzzeitige Störungen. „Im Falle eines Sonnenausbruchs ist es so, als würde man einen Blitz in einem Gewitter entdecken“, sagt Cordes. Doch dann folge wieder sanfter Regen.

Die Nasa-Sonde Voyager 1 ist bereits im Jahr 2012 in das interstellare Medium eingetaucht, als es die Heliosphäre verließ. So wird der Raum bezeichnet, den die Sonne mit dem Sonnenwind genannten kontinuierlichen Teilchenstrom ausfüllt. Mit ihrem Plasma Wave System zeichnet die Sonde seither Messwerte auf, die auf die Dichte des interstellaren Gases schließen lassen.

„Es handelt sich um niederfrequente Plasmawellen, die von kosmischer Strahlung verstärkt werden können“, erklärt Huirong Yan von der Universität Potsdam. Die Frequenz hänge direkt mit der Dichte des Plasmas im interstellaren Medium zusammen. Durch Messungen entlang der Flugroute konnte Voyager 1 Änderungen der Dichte und Turbulenzen außerhalb der Heliosphäre nachweisen. „Die Ergebnisse scheinen mit dem bisherigen Verständnis interstellarer Turbulenzen übereinzustimmen“, sagt die Astrophysikerin.

Die Grenze des Sonnensystems

Bisherige Untersuchungen der Plasmadichte beruhten auf Schockwellen, den Blitzschlägen, die Cordes beschreibt, die sich von der Sonne aus nach außen ausbreiten. Voyager 1 hat seit 2017 die sehr schwachen andauernden Emissionen von Plasmawellen aufgefangen und entlang einer Flugstrecke durch den interstellaren Raum von etwa 1,5 Milliarden Kilometern alle etwa 4,5 Millionen Kilometer Messwerte aufgezeichnet.

Wie die Emissionen zustande kommen ist unklar und könnte durch neue Erkenntnisse von Voyager 1 oder mit zukünftigen interstellaren Missionen geklärt werden, sagen die Autor:innen. Da das aufgefangene Signal anhält, könnte Voyager 1 die interstellare Plasmadichte auch ohne Sonnenausbrüche weiter verfolgen. Die aktuelle Arbeit erlaube besser zu verstehen, wie das interstellare Medium mit dem Sonnenwind interagiert, so Ocker, und wie die Blase der Heliosphäre durch die interstellare Umgebung geformt und verändert wird.

In der Form könnte die Heliosphäre einem Kometen ähneln, der sich mit der Drehung der Milchstraße durch den Raum bewegt. Sie könnte jedoch auch kugelig geformt sein und sich möglicherweise mit ab- und zunehmender Sonnenaktivität zusammenziehen und ausdehnen.

Als die Raumsonden Voyager 1 und 2 1977 gestartet wurden, war nicht einmal klar, wo die Grenze der Heliosphäre verläuft. Aktivitätsausbrüche der Sonne im Jahr 2012 brachten im darauffolgenden Jahr das Plasma, durch das Voyager 1 flog, dazu Radiowellen abzugeben, die die Raumsonde auffing. Ihre Frequenz ließ darauf schließen, dass Voyager 1 in den interstellaren Raum eingedrungen war.