Wissenschaftler haben endlich eine Quelle in der Milchstraße ausgemacht, die Protonen auf einige der atemberaubendsten Energien in unserer Galaxie schleudert. Die Entdeckung könnte uns helfen, kosmische Strahlung zu verstehen – jene hyper-schnellen Teilchen, die zwischen den Sternen umherflitzen und in der gesamten Galaxie ganz schön Wirbel verursachen.

Kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen, mit ein paar Elektronen gespickt. Einige davon haben mehr Wucht als alles, was unsere winzigen, von Menschen gebauten Beschleuniger zustande bringen. Der Large Hadron Collider an der Schweizerisch-französischen Grenze kann Protonen nahe an Lichtgeschwindigkeit bringen, aber die natürlichen Beschleuniger der Natur haben uns offenbar im Griff.

Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Hiroshima bestätigte den galaktischen Beschleuniger, indem es Beobachtungen von drei großen Observatorien auf der Erde und im Weltraum kombinierte. Die Ergebnisse wurden am 16. Juli 2026 im Astrophysical Journal veröffentlicht.

„Diese immense Energie macht kosmische Strahlung in der Astronomie und Astrophysik wichtig“, sagte Tsunefumi Mizuno, außerordentlicher Professor am Hiroshima Astrophysical Science Center der Universität Hiroshima und Erstautor sowie korrespondierender Autor der Studie.

Die Energien kosmischer Strahlung werden in Elektronenvolt gemessen – der Energie, die ein Elektron gewinnt, wenn sein elektrisches Potenzial um ein Volt steigt. Die Top-Galaktischen kosmischen Strahlen können eine Billiarde (10^15) Elektronenvolt erreichen und überschreiten, also ein Peta-Elektronenvolt (PeV). Einen Protonenbeschleuniger für kosmische Strahlung über diesem PeV-Niveau zu finden – einen Protonen-PeVatron – ist eines der heißesten Themen der modernen Astrophysik. Und sie haben einen gefunden: ein Objekt, das zuvor als LHAASO J1912+1014u bekannt war.

Ein Protonen-PeVatron ist ein natürlicher kosmischer Beschleuniger, der Protonen über die PeV-Schwelle hinaus katapultiert. Diese Dinger aufzuspüren ist knifflig, weil Wissenschaftler Protonensignale von denen hyperenergetischer Elektronen trennen müssen.

Das Tibet-AS-Gamma-Experiment (eine japanisch-chinesische Gemeinschaftsarbeit seit 1990) und das chinesische Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) hatten Dutzende von Gammastrahlenquellen oberhalb von 0,1 PeV entdeckt. Eine davon war LHAASO J1912+1014u. Gammastrahlen sind die energiereichste Form elektromagnetischer Strahlung, die oft entsteht, wenn kosmische Strahlungsteilchen mit ihrer Umgebung kollidieren, und ihre Energien betragen typischerweise etwa ein Zehntel der kosmischen Strahlung, die sie erzeugt hat. Quellen, die Gammastrahlen unterhalb des PeV-Bereichs erzeugen, sind daher erstklassige PeVatron-Kandidaten. Frühere Forschungen deuteten darauf hin, dass LHAASO J1912+1014u ein Pulsarwind-Nebel oder ein anderer Überrest einer massereichen Sternexplosion sein könnte.

„Allerdings können die Daten der Tibet-AS-Gamma- und LHAASO-Experimente allein Protonen-PeVatrone nicht eindeutig identifizieren, da PeV-Elektronen aus kosmischer Strahlung auch die niederenergetischeren Gammastrahlen erzeugen können“, sagte Mizuno. Die begrenzte Bildauflösung bedeutete, dass die Forscher nicht unterscheiden konnten, ob Protonen oder Elektronen hinter den Gammastrahlen steckten.

Da kam die Kavallerie: das Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT, eine NASA-geführte Mission mit Unterstützung der Universität Hiroshima), die FOREST Unbiased Galactic plane Imaging survey mit dem Nobeyama-45-m-Teleskop (FUGIN, unter japanischer Leitung) und das Chandra X-ray Observatory der NASA. LHAASO J1912+1014u wurde 2024 im Sternbild Adler in der Nähe von Altair entdeckt, einem der berühmten Sterne des Sommerdreiecks. Es wurde zunächst als Supernova-Überrest eingestuft, aber diese Idee geriet ins Wanken, nachdem Emissionen oberhalb von 100 TeV auftauchten.

„Mit Daten aus mehreren Experimenten haben wir LHAASO J1912+1014u im Detail untersucht“, sagte Mizuno. Die Observatorien deckten einen breiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ab, von Radio bis Gammastrahlen, sodass das Team ein detailliertes Multiwellenlängenmodell erstellen konnte.

Fermi-LAT maß Gammastrahlen nahe einem Giga-Elektronenvolt (GeV, eine Milliarde Elektronenvolt). Chandra lieferte Röntgenbeobachtungen bei niedrigeren Energien, und FUGIN lieferte Radiodaten bei noch niedrigeren Energien. In Kombination mit Tera-Elektronenvolt (TeV)-Beobachtungen von LHAASO und anderen ergab sich ein klares Bild, das stark darauf hindeutete, dass LHAASO J1912+1014u ein Protonen-PeVatron ist – und andere Erklärungen ausschloss.

Drei wichtige Erkenntnisse machten den Kohl fett. Erstens erstreckte sich das Gammastrahlensignal nahtlos von über 100 Billionen Elektronenvolt abwärts.