Unser Planet wird ständig von hochenergetischen Teilchen aus dem Weltraum bombardiert – ein Phänomen, das als kosmische Strahlung bekannt ist. Auch wenn der Begriff beängstigend klingt, ist der Großteil dieser Strahlung harmlos. Dazu gehören sichtbares Licht und subatomare Teilchen, die durch den Kosmos strömen und oft als kosmische Strahlung bezeichnet werden. Einige stammen von unserer Sonne, andere aus der Milchstraße, und überraschend viele legen große Entfernungen von anderen Galaxien zurück.
Das Ausmaß der extragalaktischen Wirkung
Es ist bemerkenswert, dass die Erde regelmäßig Partikel aus Galaxien abfängt, die Millionen Lichtjahre entfernt sind. Diese Teilchen verlieren mit der Zeit Energie, einige treffen jedoch immer noch mit außergewöhnlicher Kraft ein. Ihre Energie wird in Elektronenvolt (eV) gemessen, einer winzigen Einheit – 26 Millionen Billionen eV entsprechen nur einem Joule (der Energie, um einen Kubikzentimeter Wasser um 1 Grad Celsius zu erwärmen). Doch kosmische Strahlung trägt oft Mega-Elektronenvolt (MeV) oder sogar Giga-Elektronenvolt (GeV).
Einige kosmische Strahlen übertreffen jedoch alle Erwartungen. Im Jahr 1991 registrierte der Fly’s Eye-Detektor ein Teilchen mit einer Energie von 320 Trillionen eV, also 320 Milliarden GeV. Dieses „Oh-My-God“-Teilchen (OMG) besaß 51 Joule kinetische Energie – das entspricht einem langsamen Curveball, war jedoch in einem einzigen subatomaren Teilchen konzentriert.
Was macht dieses Teilchen so seltsam?
Protonen, die Grundteilchen dieses Strahls, sind unvorstellbar klein. Um es ins rechte Licht zu rücken: Ein Proton im Vergleich zu einer Orange ist wie eine Orange im Vergleich zur Neptunbahn. Das OMG-Teilchen bewegte sich mit 99,99999999999999999999995 % der Lichtgeschwindigkeit. Wäre es seit der Geburt des Universums um ein Photon gelaufen, wäre es heute nur noch 600 Meter zurück.
Woher kommt diese Energie?
Die Quelle sind wahrscheinlich supermassereiche Schwarze Löcher in fernen Galaxien. Diese Schwarzen Löcher stoßen starke Materie- und Energiestrahlen aus, die starke Magnetfelder tragen. In diesen Feldern beschleunigen geladene Teilchen wie Protonen. Kollisionen zwischen Gaswolken steigern ihre Energie zusätzlich durch einen Prozess namens „Fermi-Beschleunigung erster Ordnung“ – ein kosmisches Trebuchet, das Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit schleudert.
Die jemals entdeckte kosmische Strahlung mit der zweithöchsten Energie und dem Spitznamen Amaterasu stammte aus der Galaxie PKS 1717+177, die für ihre starken Jets bekannt ist. Diese Ereignisse sind so energiegeladen, dass sie alles, was wir auf der Erde erschaffen können, in den Schatten stellen.
Ein Verstoß gegen kosmische Regeln?
Allerdings stellt das OMG-Teilchen unser Verständnis der Physik in Frage. Das Universum ist mit der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung gefüllt – energiearmer Strahlung, die vom Urknall übrig geblieben ist. Bei nahezu Lichtgeschwindigkeit treffen Teilchen auf diese durch den Doppler-Effekt verstärkte Strahlung. Dies sollte sie verlangsamen oder sie sogar in andere Partikel zerlegen.
Doch trotz dieser Hindernisse erreichte uns das OMG-Teilchen. Die Lösung könnte sein, dass es sich nicht um ein Proton handelte, sondern um einen schwereren Kern – wie Eisen – der anders mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund interagiert.
Ein Fenster in das frühe Universum
Die Existenz dieser ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung beweist, dass es außerhalb unserer Galaxie extreme Energiequellen gibt. Es ist, als würde man einen Blick in den Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall werfen. Das Universum gibt ständig seine Geheimnisse preis, und diese Teilchen sind nur eine Möglichkeit, dies zu tun.
