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Neuer Fermi-Katalog zeigt 60 rätselhafte Gammastrahlenquellen
Die Strahlung energiereicher kosmischer Objekte ist in einem Teil des Gammaspektrums bislang besonders schwer zu erfassen. Ein neuer Katalog des Weltraumteleskops Fermi verzeichnet nun 450 Quellen zwischen 20 und 200 Megaelektronenvolt, darunter 60 bislang nicht katalogisierte Gammastrahlenquellen ohne bekanntes Gegenstück. Die Daten könnten helfen, die Herkunft dieser Signale und die Beschleunigung von Teilchen im All besser zu verstehen.
Zeuthen (Deutschland). Kosmische Gammastrahlung verrät, wo im Universum Teilchen auf besonders hohe Energien beschleunigt werden. Ein bisher nur lückenhaft vermessener Bereich liegt zwischen 20 und 200 Megaelektronenvolt, kurz MeV. Gerade dort können beispielsweise aktive Galaxienkerne und bestimmte Neutronensterne einen wesentlichen Teil ihrer Strahlungsenergie abgeben.
Der Nachweis solcher Gammaquanten ist allerdings schwierig, weil sie in den Detektoren häufig über die Compton-Streuung mit Materie wechselwirken. Dadurch lässt sich ihre ursprüngliche Flugrichtung nur ungenau rekonstruieren. Zudem überdecken diffuses Gammastrahlenleuchten der Milchstraße und der Messuntergrund viele schwächere Himmelsquellen.
Forscher der Clemson University um Dr. Scott Joffre haben nun mit einer internationalen Kooperation die Beobachtungen des Fermi Large Area Telescope (LAT) neu ausgewertet. Für den Katalog mit der Bezeichnung 2FLE untersuchten sie Gammaphotonen im Bereich von 20 bis 200 MeV aus den Jahren 2008 bis 2022. Nach dem Ausschluss nicht nutzbarer Beobachtungsphasen blieben insgesamt rund 10,3 Jahre auswertbare Daten.
Dazu zerlegte das Team den gesamten Himmel in 266 einander überlappende Bereiche und prüfte dort mithilfe statistischer Modelle auf einzelne Strahlungsquellen. Der neue Katalog enthält 450 Nachweise mit einer statistischen Signifikanz von ungefähr fünf Sigma oder mehr. Sein Vorgänger 1FLE umfasste 198 Quellen, erfasste allerdings einen engeren Energiebereich zwischen rund 32 und 100 MeV.
„Ohne Informationen aus allen Energiebereichen wird unser Bild des Universums immer unvollständig bleiben“, sagt Lea Marcotulli vom Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY).
Für 377 der 450 Quellen konnten bekannte astronomische Gegenstücke gefunden werden. 325 davon liegen außerhalb der Milchstraße und 52 gehören zu Objekten in unserer Galaxie, darunter Pulsare und Supernovaüberreste. Unter den extragalaktischen Quellen dominieren 218 sogenannte Flachspektrum-Radioquasare, also aktive Galaxienkerne mit einem nahezu auf uns gerichteten Materiestrahl.
Dagegen blieben 73 Gammastrahlenquellen ohne eindeutiges Gegenstück bei anderen Wellenlängen. 13 davon sind bereits aus einem anderen Fermi-Gammakatalog bekannt, allerdings bislang ohne identifizierten Ursprung. Die übrigen 60 erscheinen erstmals in einem Gammastrahlenkatalog und sind damit besonders interessante Ziele für künftige Beobachtungen.
Weitere drei Quellen ließen sich zwar bekannten astronomischen Objekten zuordnen, waren aber zuvor noch in keinem Gammastrahlenkatalog aufgeführt. Dazu gehört der Kugelsternhaufen M2 in der Milchstraße. Diese erstmaligen Gamma-Nachweise bekannter Objekte sind von den 60 bislang nicht zugeordneten Strahlungsquellen zu unterscheiden.
Die Entdeckungen sind nicht in allen Fällen gleichermaßen sicher. Simulationen mit unterschiedlichen Modellen des diffusen Gammahintergrunds ergaben, dass schätzungsweise rund 20 bis 28 der 450 Katalogeinträge durch unzureichend modellierte Hintergrundstrahlung vorgetäuscht sein könnten. Das entspräche etwa 4,4 bis 6,3 Prozent, ist aber eine modellabhängige Abschätzung und kein Nachweis für einzelne Fehlalarme.