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Rekordjagd im Kosmos: Teleskope auf La Palma entdecken fernste Gammastrahlung
Die Sternwarte auf dem Roque de Los Muchachos im Norden La Palmas ist Schauplatz einer astrophysikalischen Sensation: Das Prototyp-Teleskop LST-1 des Cherenkov-Teleskop-Systems (CTAO) und die beiden MAGIC-Teleskope haben einen neuen Distanzrekord aufgestellt. Sie konnten den Ursprung kosmischer Blitze aus einer Entfernung von rund acht Milliarden Lichtjahren aufspüren – die fernsten jemals beobachteten Quellen sehr energiereicher Gammastrahlung. Die bahnbrechenden Ergebnisse wurden am 15. August veröffentlicht.
Bereits im Dezember 2023 hatte das LST-1-Teleskop die Quelle dieser extremen Strahlung entdeckt, was zunächst über ein Astronomen-Telegramm (ATel) bekannt gegeben wurde. Nun legte das Forscherteam eine umfassende Studie in der renommierten Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ vor, die auf gemeinsamen Beobachtungen beider Teleskopsysteme basiert.
OP 313: Ein kosmisches Kraftwerk aus der Frühzeit des Universums
Bei der entdeckten Quelle handelt es sich um einen sogenannten Blazar mit der Bezeichnung OP 313. Blazare sind extrem helle aktive Galaxienkerne, die von einem supermassereichen Schwarzen Loch in ihrem Zentrum angetrieben werden. OP 313 gehört zur Kategorie der Quasare mit flachem Radiospektrum – einer Untergruppe, die zu den hellsten und energiereichsten Objekten im gesamten Universum zählt.
Der Ursprung des detektierten Gammablitzes liegt in einer entscheidenden Epoche der kosmischen Geschichte: Vor etwa elf Milliarden Jahren erlebte das Universum eine Phase intensivster Sternentstehung, das sogenannte „kosmische Mittag“. Als diese Aktivität nachließ und die ersten Galaxien heranreiften, begann eine ruhigere Ära – genau zu dieser Übergangszeit sandte OP 313 seinen mächtigen Strahlungsimpuls aus.
Eine Reise durch das intergalaktische Strahlungsfeld
Auf ihrer acht Milliarden Jahre langen Reise durch den Kosmos – vom Objekt bis zu uns mit einer Rotverschiebung von z = 0,997 – mussten die hochenergetischen Photonen das diffuse extragalaktische Hintergrundlicht (EBL) durchqueren. Dieses schwache Strahlungsfeld, das von allen Himmelsobjekten im Laufe der Universumsgeschichte erzeugt wurde, schwächt die Gammastrahlung durch einen Prozess namens Paarbildung ab: Wenn die Gammaphotonen mit dem EBL kollidieren, wandelt sich ihre Energie in Teilchenpaare aus Elektron und Positron um. Der ursprüngliche Strahlungsfluss wird dadurch enorm reduziert, was die Detektion extrem schwierig macht und hochentwickelte Instrumente erfordert.
Durch die Kombination der Messdaten beider Teleskopsysteme sowie ergänzender Beobachtungen bei niedrigeren Energien gelang es den Wissenschaftlern, die Dichte des EBL präzise einzugrenzen und die Schwankungen des Strahlungsflusses zu charakterisieren. Das Ergebnis: Die intensive Gammastrahlung wird durch eine dichte Population relativistischer Elektronen angetrieben. In diesem sogenannten leptonischen Szenario werden die Teilchen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt – in einem gewaltigen Plasmajet, den das supermassereiche Schwarze Loch ins All schleudert. Beim Zusammenstoß mit niederenergetischem Umgebungslicht übertragen die Elektronen einen Teil ihrer immensen Energie und verwandeln die Photonen in Gammastrahlung höchster Energie.
Ein Meilenstein für das Cherenkov-Teleskop-System
Diese Entdeckung ist ein bedeutender Durchbruch für das Verständnis der komplexen Prozesse im Inneren dieser extremen Galaxien – und ein Beleg für die herausragende Leistungsfähigkeit der neuen Technologie. Der LST-1 ist der Prototyp der Großteleskope, die derzeit am Standort CTAO-Nord auf La Palma in Betrieb genommen werden. Dass ausgerechnet während der Testphase der am weitesten entfernte Blazar entdeckt wurde, demonstriert das enorme Potenzial des Teleskops.
Ein weiterer wichtiger Termin steht bereits fest: Am 15. Oktober dieses Jahres soll auf La Palma das komplette LST-Array mit drei zusätzlichen Teleskopen eingeweiht werden. Mit dem Ziel, die Empfindlichkeit des CTAO bei niedrigen Energien bis auf 20 Gigaelektronenvolt zu senken, werden die künftigen Beobachtungen den Horizont der Gammastrahlen-Astronomie erweitern und Forschern den Blick auf extreme Strahlung aus nie zuvor erreichten Distanzen ermöglichen.
Die LST-Kollaboration besteht aus über 500 Wissenschaftlern und Ingenieuren aus 25 Institutionen in elf Ländern – darunter Deutschland, Spanien, Italien, Frankreich und Japan. Sie ist ein wichtiger Partner für den Bau der Großteleskope im internationalen CTAO-Verbund.
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