Der Gammastrahlen-Himmel eines Jahres

Energiereiche Ausbrüche überall: Diese Animation zeigt das Aufstrahlen und Vergehen von mehr als 1.500 kosmischen Gammastrahlenquellen an unserem Himmel. Sie basiert auf der Himmelsüberwachung durch das Fermi-Gammastrahlenteleskop der NASA, das alle drei Stunden den gesamten Himmel einmal absucht. Rund 90 Prozent der hier gezeigten Gammaquellen sind Blazare – Galaxienkerne, in denen supermassereiche Schwarze Löcher aktiv Sterne und anderes Material verschlingen.

Der Himmel über uns wird nicht nur von Licht unzähliger Sterne und Galaxien erleuchtet. Für uns unsichtbar erstrahlt der Kosmos auch in einer Vielzahl anderer Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung – von langwelligen Radiowellen bis zu extrem kurzwelligen Gammastrahlen. Letztere werden bei besonders energiereichen Ereignissen und Prozessen im Kosmos freigesetzt, darunter Supernovae, Neutronensternkollisionen oder dem Zerreißen und Verschlingen von Materie durch ein Schwarzes Loch.

Gammastrahlen-Wächter im Orbit

Weil viele dieser energiereichen Ereignisse kurzlebig sind und Gammastrahlen daher nur vorübergehend freigesetzt werden, ist es für die Astronomie wichtig, den Gammastrahlen-Himmel ständig im Auge zu haben und nach neu auftretenden Strahlenquellen abzusuchen. Denn sie können wertvolle Informationen zu kosmischen Ereignissen oder auch den Ursachen von in anderen Wellenlängen beobachteten Phänomen liefern.

Eines der wichtigsten Instrumente für diese Überwachung ist das NASA-Gammastrahlenobservatorium Fermi, das seit 2008 in der Erdumlaufbahn kreist. Das Hauptinstrument des Satelliten, das Large Area Telescope (LAT) durchmustert den gesamten Himmel einmal alle drei Stunden und detektiert dabei Gammastrahlen im Energiebereich von 20 Megaelektronenvolt bis zu 300 Gigaelektronenvolt – millionen- bis milliardenfach höheren Energien als vom sichtbaren Licht.

Neuer Katalog von Gammastrahlenquellen

Jetzt haben Astronomen die von Fermi im Laufe seiner Betriebszeit gesammelten Gamma-Lichtkurven erstmals so aufbereitet, dass sie öffentlich zugänglich gemacht werden können. „Den Anstoß gaben Anfragen von Astronomen, die Galaxien erforschen und die sichtbare und Gammastrahlen-Lichtkurven über längere Zeiträume hinweg vergleichend studieren wollten“, erklärt Daniel Kocevski vom Marshall Space Flight Center der NASA. „Jetzt steht der wissenschaftlichen Gemeinschaft ein ganzer Katalog der analysierten Daten zur Verfügung.

Der neue Katalog umfasst hochaufgelöste Lichtkurven für 1.525 veränderliche Gammastrahlenquellen, deren Lichtkurven in Zeitskalen von drei Tagen, sieben Tagen oder 30 Tagen aufgezeichnet und digital aufbereitet wurden. Den gesamten Katalog auf diese Weise aufzubereiten, erforderte mehr als 400 Rechenstunden eines Supercomputer-Clusters am SLAC National Accelerator Laboratory im kalifornischen Menlo Park, wie die Astrophysiker erklären.

Animation zeigt Jahresverlauf im Gammalicht

Diese Animation zeigt die Gammastrahlen-Aktivität der im neuen Fermi-Katalog erfassten Gammaquellen im Laufe eines Jahres – von Februar 2022 bis 2023. Die pulsierenden Kreise repräsentieren nur eine Untermenge der mehr als 1.500 Lichtkurven und zeigen, wie sich die Strahlenintensität dieser Quellen im Laufe der Zeit verändert. Jeder Frame in der Animation repräsentiert die Beobachtungsdaten von drei Tagen. Das waagerechte rötliche Band im Bild stellt unsere Milchstraße dar, deren Zentrum ebenfalls ständig Gammastrahlen produziert.

90 Prozent der hier dargestellten Gammastrahlen-Quellen sind Blazare – Galaxienzentren, in denen aktive supermassereiche Schwarze Löcher gerade Materie verschlingen. Dabei entstehen energiereiche Strahlungs- und Teilchenjets, die teilweise direkt auf die Erde gerichtet sind und daher besonders gut detektierbar sind. Weil ein Teil der kosmischen Gammastrahlenquellen fast ständig Strahlung abgibt, motivierte dies die Astronomen vor einigen Jahren dazu, erstmals 21 Gammastrahlen-„Sternbilder“ zu definieren. (The Astrophysical Journal, 2023; doi: 10.3847/1538-4365/acbb6a)

Quelle: NASA/Goddard Space Flight Center