Mitte Juli 2026 erschien im The Astrophysical Journal eine Studie, die uns dem Verständnis näher bringt, wie die energiereichsten kosmischen Strahlen in der Milchstraße entstehen. Es geht um das Objekt LHAASO J1912+1014u – einen der Kandidaten für sogenannte PeVatrons, die Teilchen auf PeV-Energien beschleunigen können.
Alles begann mit Daten der chinesischen LHAASO-Observatorium, die sich auf einem Hochplateau befindet. Ihre Detektoren registrierten Gammastrahlung mit Energien über 100 TeV von einer ausgedehnten Quelle, die mit den Koordinaten des bekannten TeV-Objekts HESS J1912+101 übereinstimmt. Solche extrem hohen Gammaquanten entstehen normalerweise, wenn beschleunigte kosmische Strahlen mit Atomen des interstellaren Gases kollidieren. Aber die Hauptfrage blieb: Sind es Protonen oder Elektronen? Leptonic (Elektronenbeschleunigung) und hadronic (Protonenbeschleunigung) Szenarien ergeben sehr ähnliche Gammastrahlspektren bei sehr hohen Energien, erfordern aber unterschiedliche Bedingungen.
Um das zu klären, nahm eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Tsunefumi Mizuno von der Universität Hiroshima die Archive von Fermi-LAT – einem orbitalen Gammastrahlen-Teleskop der NASA – unter die Lupe. Sie analysierten 15 Jahre an Beobachtungen im Bereich von 400 MeV bis zu Hunderten von GeV. Das übliche Modell des galaktischen diffusen Hintergrunds hinterließ deutliche Spuren in den Daten, daher erstellten die Wissenschaftler eine verbesserte Version. Im Ergebnis zeigte sich in der Nähe der Quelle ein klares Strahlungsüberschuss mit einem harten Spektrum (Index etwa 2,1). Es stimmte räumlich mit der Position der LHAASO/H.E.S.S.-Quelle überein.
Der entscheidende Schritt war die Einbeziehung hochpräziser FUGIN-Daten – einer Himmelsdurchmusterung von Molekülwolken in der Kohlenmonoxidlinie. Die Forscher erstellten Gaskarten für zwei wahrscheinliche Geschwindigkeitskomponenten (etwa 25 und 60 km/s). Diese Muster beschreiben den GeV-Überschuss perfekt und bestätigen, dass die Strahlung tatsächlich aus Protonenkollisionen mit dichten Wolken entsteht.
Als das Team das Gesamtspektrum von GeV bis TeV erstellte, erforderte das leptonic Szenario (Elektronenbeschleunigung) zu extreme Bedingungen und passte schlecht zu den Obergrenzen der Röntgenstrahlung. Das hadronic Szenario – die Protonenbeschleunigung – fügte sich natürlich in die Daten ein. Das Protonenspektrum ergibt sich mit einem Index von ≈2,2, und die darin investierte Gesamtenergie wird auf (1–5)×10⁴⁹ Erg geschätzt, abhängig von der Entfernung. In der Nähe der Quelle befindet sich der alte Pulsar PSR J1913+1011, der das System wahrscheinlich mit Energie versorgt.
Diese Arbeit ist ein gutes Beispiel dafür, wie geduldiges Sammeln von Daten und die gemeinsame Analyse verschiedener Instrumente Schritt für Schritt die Mechanismen aufdecken, die seit Millionen von Jahren in unserer Galaxie wirken. LHAASO findet weiterhin neue Kandidaten für PeVatrons, und ähnliche Studien zeigen: Viele davon arbeiten höchstwahrscheinlich mit Protonen. Wir kommen dem Verständnis näher, wo und wie die Natur Teilchen auf Energien beschleunigt, die selbst den stärksten Beschleunigern auf der Erde nicht zugänglich sind.
