Die rätselhafte "dunkle Quelle" in Terzan 5

25. Juni 2011, 18:00
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Erstmals wurde Gammastrahlung aus Richtung eines Kugelsternhaufens nachgewiesen - Natur der Quelle unklar

Heidelberg - Etwa 150 bekannte Kugelsternhaufen umkreisen als Teil des galaktischen Halos wie ein riesiger - und seinerseits kugelförmiger - Schwarm das Zentrum unserer Galaxis und gehören zu deren ältesten Objekten. Unter diesen ist Terzan 5 ein in mehrfacher Hinsicht bemerkenswertes Objekt: Verborgen hinter galaktischen Staubwolken und daher sehr lichtschwach wurde er erst 1968 von Agop Terzan auf Fotoplatten der Sternwarte Haute Provence in Frankreich entdeckt (genau genommen sogar zweimal, erst später erkannte der Astronom seinen Irrtum und identifizierte "beide" Haufen als dasselbe Objekt).

Terzan 5 befindet sich innerhalb der zentralen Bereiche der Galaxis nur wenig oberhalb der galaktischen Ebene in knapp 20.000 Lichtjahren Entfernung zur Erde im Sternbild Schütze. An Sterndichte übertrifft er die übrigen Kugelsternhaufen deutlich und enthält zudem die größte Zahl von Millisekunden-Pulsaren, rasch rotierenden Neutronensternen, die vermutlich Teil enger Doppelsternsysteme sind. Besondere Aufmerksamkeit herhielt Terzan 5, als im Jahr 2009 nachgewiesen wurde, dass er zwei verschieden alte (ca. 12 und 6 Milliarden Jahre) Populationen von Sternen umfasst. Aufgrund dieser Eigenheiten, die ihn von den allermeisten Kugelsternhaufen unterscheiden, wird vermutet, dass er der Überrest einer Zwerggalaxie ist, die von unserer Galaxis eingefangen wurde.

Das Objekt HESS J1747 - 248

Forscher des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik und 33 weiterer Institutionen der H.E.S.S.-Kollaboration (die Abkürzung steht für "High Energy Stereoscopic System") haben nun eine neue Quelle sehr hochenergetischer Gammastrahlung entdeckt, die sich nahezu in der gleichen Richtung am Himmel befindet wie Terzan 5: "HESS J1747 - 248". Diese unmittelbare Nachbarschaft legt nahe, dass es sich tatsächlich um einen bisher unbekannten Teil von Terzan 5 handelt, zumal die Wahrscheinlichkeit für eine zufällige Richtungsübereinstimmung anhand der Häufigkeit bekannter Gammaquellen laut den Astronomen unter 1:10.000 liegt.

Zum Nachweis dieser Gammastrahlung, deren Energie pro Quant die des sichtbaren Lichts billionenfach übertrifft, dient das Tscherenkow-Teleskopsystem H.E.S.S. in Namibia. Es besteht aus vier Großteleskopen, welche mit ultraschnellen Kameras äußerst schwache Lichtspuren von atmosphärischen Teilchenschauern aufnehmen, die von Gammaquanten in etwa 10 Kilometer Höhe ausgelöst werden. Die zeitgleiche Beobachtung aus den bis zu vier verschiedenen Blickrichtungen erlaubt die Rekonstruktion der Richtung der Gammaquelle am Himmel. Im Fall von Terzan 5 wurde erstmals ein Kugelsternhaufen als mögliches Quellobjekt identifiziert.

Offene Fragen

Die Entdeckung wirft eine Reihe von Fragen auf, die noch nicht abschließend geklärt sind. Bemerkenswert sind zunächst die längliche Form der Quelle und ihre Lage abseits des Haufenzentrums. Für den Ursprung der Gammastrahlung gibt es am Beispiel anderer bekannter Objekte eine Reihe von möglichen Erklärungen. Gestützt von theoretischen Modellen gehen die Astronomen davon aus, dass zunächst geladene Teilchen, Elektronen oder Protonen, in einem kosmischen Beschleuniger auf die entsprechenden Energien gebracht werden und diese dann in weiteren Stoßprozessen in Gammaquanten umwandeln. Bei Elektronen kommen die erwähnten Millisekundenpulsare selbst in Frage oder auch von ihnen ausgehende Sternenwinde bzw. Schockfronten, wenn diese aufeinander treffen.

So wurde auch schon diffuse Röntgenstrahlung aus Terzan 5 nachgewiesen, aber dies erklärt laut den Astronomen nicht ohne weiteres die räumliche Verschiebung der neuen Gammaquelle gegenüber dem Haufenzentrum, wo man die meisten Pulsare als auch Wechselwirkungen der hochenergetischen Elektronen mit dem Sternenlicht erwarten würde. Protonen könnten in Supernovaüberresten beschleunigt werden; dies ist aus anderen Quellen bekannt und Supernovae infolge von Sternkollisionen sind in Kugelsternhaufen durchaus zu erwarten. Aber wiederum erhebt sich die Frage, warum die beobachtete Quelle abseits vom Zentrum liegt. Das eigentliche Quellobjekt könnte als Folge von nahen Sternbegegnungen in die Außenbereiche geschleudert worden sein.

Es ist aber nach wie vor ein Rätsel, warum HESS J1747 - 248 eine "dunkle Quelle" ist, also in den anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums bisher nicht nachweisbar leuchtet. "Letztlich ist die Natur der Quelle unklar, weil kein Gegenstück oder Modell die beobachtete Morphologie erklärt", sagt Wilfried Domainko vom Max-Planck-Institut für Kernphysik. (red)

  • Der Kugelsternhaufen Terzan 5 (Bildmitte) im sichtbaren Licht und die 
Gammaquelle HESS J1747 - 248. Die Gammaintensität ist in Falschfarben 
von blau (niedrig) nach weiß (hoch) dargestellt. Der kleinere Kreis 
(durchgezogen) umfasst die Hälfte der Masse von Terzan 5. Dieser 
zentrale Bereich im Infrarotlicht ist links oben vergrößert gezeigt. 
Der größere Kreis (gestrichelt) gibt die Ausdehnung von Terzan 5 an, 
innerhalb der Sterne noch durch Gravitation an den Haufen gebunden sind.
    foto: eso/digitized sky survey 2 und eso/f. ferraro (ir)

    Der Kugelsternhaufen Terzan 5 (Bildmitte) im sichtbaren Licht und die Gammaquelle HESS J1747 - 248. Die Gammaintensität ist in Falschfarben von blau (niedrig) nach weiß (hoch) dargestellt. Der kleinere Kreis (durchgezogen) umfasst die Hälfte der Masse von Terzan 5. Dieser zentrale Bereich im Infrarotlicht ist links oben vergrößert gezeigt. Der größere Kreis (gestrichelt) gibt die Ausdehnung von Terzan 5 an, innerhalb der Sterne noch durch Gravitation an den Haufen gebunden sind.

  • H.E.S.S.-Teleskope im Khomas-Hochland von Namibia. Der Durchmesser der Teleskope beträgt etwa 14 Meter.
    foto: h.e.s.s.-kollaboration

    H.E.S.S.-Teleskope im Khomas-Hochland von Namibia. Der Durchmesser der Teleskope beträgt etwa 14 Meter.

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