Spektrum der Wissenschaft - 08.2019

Täglich aktuelle Nachrichten auf Spektrum.de

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gestreut und dabei in Strahlung niedri­

gerer Frequenz umgewandelt.

Bereits 1991 stellten die Physiker

David Seckel, Todor Stanev und Tho­

mas Gaisser von der University of

Delaware in den USA die Hypothese

auf, die Sonne könne gleichwohl

Gammastrahlung aussenden – ausge­

löst durch die kosmische Strahlung.

Dabei handelt es sich vor allem um

Protonen, also Atomkerne des Wasser­

stoffs. Sie werden von den Stoßfron­

ten weit entfernter Supernovae oder

anderer explosiver Ereignisse in unser

Sonnensystem katapultiert.

Schleuderfreudiges Magnetfeld

Gelegentlich komme es vor, so damals

das Forschertrio, dass ein Teilchen

aus dem All durch das gewundene,

verdrehte Magnetfeld der Sonne zur

Erde zurückgeworfen werde. »Das

Proton bewegt sich rasant auf die

Sonne zu, ändert in letzter Sekunde

seine Bewegungsrichtung und saust

zu uns zurück«, erläutert John Bea­

com, Professor an der Ohio State

University, ein weiterer Autor der

Überblicksarbeit. Auf dem Weg kolli­

diere das Proton dann mit Gasmole­

külen der Sonnen atmosphäre und

erzeuge dadurch ein ganzes Bündel

von Gammastrahlen.

Seckel und seine Kollegen berech­

neten vor einem guten Vierteljahrhun­

dert die Effizienz des Prozesses ausge­

hend von der Stärke der kosmischen

Strahlung, die in das Sonnensystem

eindringt, der geschätzten Stärke des

solaren Magnetfelds, der Dichte der

Sonnenatmosphäre sowie anderer

Faktoren. Sie sollte bei etwa einem

Prozent liegen. Die Sonne würde

demzufolge im Bereich der Gamma­

strahlung nur schwach glimmen.

Doch wie die neuen Daten zeigen,

empfängt das Fermi­Teleskop im

Mittel siebenmal mehr Gammastrah­

len von der Sonne als vorhergesagt.

Jene mit den höchsten Frequenzen

sind sogar 20­mal häufiger. »Demnach

wäre der Prozess bei hohen Energien

zu 100 Prozent effizient«, sagt Linden.

»Also würde jedes auf die Sonne

zurasende Teilchen der kosmischen

Strahlung gespiegelt.« Dabei sollte

es eigentlich umso schwieriger sein,

die Bewegungsrichtung eines Teil­

chens umzukehren, je höher seine

Energie ist.

Außerdem verrät das Modell von

Seckel, Stanev und Gaisser nichts über

die rätselhafte Lücke im Spektrum der

Gammastrahlung. Seckel kann sich

nicht erklären, wie sich eine tiefe,

schmale Delle bildet, wenn man von

dem gleichmäßig verlaufenden Ener­

giespektrum der kosmischen Strah­

lung ausgeht. Es sei schwierig genug,

mit den Berechnungen überhaupt eine

Delle zu bekommen: »Höcker sind viel

einfacher zu erhalten. Wenn etwas aus

dem Inneren der Sonne kommt, ist das

schließlich erst einmal eine zusätzliche

Quelle. Aber wie mache ich daraus

eine Strahlungssenke?«

Vielleicht hat die starke Gamma­

strahlung ja doch eine andere Ursa­

che. Eine Möglichkeit wäre Dunkle

Materie. Diese rätselhafte Substanz

könnte von der Schwerkraft der Sonne

eingefangen werden und sich in ihrem

Zentrum ansammeln. Wird die Dichte

der Dunkle­Materie­Teilchen hoch

genug, vernichten sie sich vielleicht

gegenseitig und erzeugen dabei

Gammastrahlung. Aber wie sollte die

aus dem Inneren nach außen gelangen,

ohne gestreut und in Strahlung niedri­

ger Energie umgewandelt zu werden?

Immerhin weisen einige Aspekte des

Überschusses durchaus in Richtung

kosmischer Strahlung. So registriert

das Fermi­Teleskop während des

Aktivitätsminimums des elfjährigen

Sonnenzyklus deutlich mehr Gamma­

strahlung. In dieser Phase ist das solare

Magnetfeld vergleichsweise ruhig und

geordnet. Dann erreichen mehr kosmi­

sche Teilchen das starke Magnetfeld

nahe der Sonnenoberfläche, das sie

reflektiert – und werden nicht bereits in

größerer Entfernung durch verwickelte

Magnetfeldlinien abgelenkt.

Andere Fakten sprechen aber dage­

gen: Die Intensität der Gammastrah­

lung fällt zwar mit zunehmender Ener­

gie ab, allerdings nicht auf die gleiche

Weise wie die kosmische Strahlung.

Würde Letztere die Erstere verursa­

chen, dann sollten beide Kurven ähn­

lich verlaufen.

Die Vorgänge in der Sonne verraten

etwas über ferne Sterne

Unabhängig von der Ursache erhoffen

sich Sonnenforscher wie Joe Giacalone

von der University of Arizona durch die

Gammastrahlung »fundamentale

Erkenntnisse über die magnetische

Struktur der Sonne«. Die Sonne ist

zwar der am besten untersuchte Stern,

doch ihr Magnetfeld – erzeugt von

einem wogenden Mahlstrom geladener

Teilchen im Inneren – verstehen die

Forscher bislang nicht sehr gut. Des­

halb haben sie auch nur ein unklares

Bild davon, wie Sterne allgemein in

dieser Hinsicht funktionieren.

Giacalone verweist beispielsweise

auf die Korona, die dünne Plasmahülle

um die Sonne. Um Teilchen der kosmi­

schen Strahlung effizient zu spiegeln,

müsste das Magnetfeld dort seiner

Ansicht nach stärker und anders orien­

tiert sein, als Wissenschaftler anneh­

men. Andererseits darf das koronale

Magnetfeld nur sehr nah an der Sonne

kräftig ausgeprägt sein. Die Teilchen

würden sonst zu früh abgelenkt und

erreichten nicht die Region der Sonnen­

atmosphäre, die dicht genug ist, um die

nötigen Kollisionen zu erzeugen. Be­

Gammastrahlung der Sonne ent­

steht vermutlich, wenn kosmische

Strahlung im solaren Magnetfeld

abgelenkt wird und mit den Gas­

molekülen nahe der Sonnenober­

fläche wechselwirkt. Doch uns

erreichen viel mehr dieser ener­

giereichen Lichtteilchen, als das

Modell erklären kann.

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