Aus einer Pressemitteilung der NASA:
Wissenschaftler, die das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA verwenden, haben Antimateriestrahlen entdeckt, die über Gewittern auf der Erde erzeugt werden, ein Phänomen, das noch nie zuvor gesehen wurde.
Wissenschaftler glauben, dass die Antimaterieteilchen in einem terrestrischen Gammastrahlenblitz (TGF) gebildet wurden, einem kurzen Ausbruch, der in Gewittern erzeugt wurde und mit Blitzen in Verbindung gebracht werden kann. Es wird geschätzt, dass weltweit täglich etwa 500 TGF auftreten, die meisten bleiben jedoch unentdeckt.
"Diese Signale sind der erste direkte Beweis dafür, dass Gewitter Antimaterie-Partikelstrahlen erzeugen", sagte Michael Briggs, Mitglied des GBM-Teams (Gamma-Ray Burst Monitor) von Fermi an der Universität von Alabama in Huntsville (UAH). Er präsentierte die Ergebnisse am Montag während einer Pressekonferenz auf dem Treffen der American Astronomical Society in Seattle.
Fermi wurde entwickelt, um Gammastrahlen, die energiereichste Form von Licht, zu überwachen. Wenn Fermi, das auf Antimaterie trifft, mit einem Partikel normaler Materie kollidiert, werden beide Partikel sofort vernichtet und in Gammastrahlen umgewandelt. Das GBM hat Gammastrahlen mit Energien von 511.000 Elektronenvolt detektiert. Ein Signal zeigt an, dass ein Elektron sein Antimaterie-Gegenstück, ein Positron, getroffen hat.
Obwohl Fermis GBM darauf ausgelegt ist, energiereiche Ereignisse im Universum zu beobachten, liefert es auch wertvolle Einblicke in dieses seltsame Phänomen. Das GBM überwacht ständig den gesamten Himmel über und die Erde unter sich. Das GBM-Team hat seit dem Start von Fermi im Jahr 2008 130 TGFs identifiziert.
„Die Fermi-Mission befindet sich seit weniger als drei Jahren im Orbit und hat sich als erstaunliches Werkzeug zur Erforschung des Universums erwiesen. Jetzt lernen wir, dass es Geheimnisse viel, viel näher zu Hause entdecken kann “, sagte Ilana Harrus, Fermi-Programmwissenschaftlerin am NASA-Hauptsitz in Washington.
Das Raumschiff befand sich für die meisten beobachteten TGFs unmittelbar über einem Gewitter, aber in vier Fällen waren Stürme weit von Fermi entfernt. Darüber hinaus zeigten blitzerzeugte Funksignale, die von einem globalen Überwachungsnetzwerk erkannt wurden, an, dass der einzige Blitz zu diesem Zeitpunkt Hunderte oder mehr Meilen entfernt war. Während eines TGF, der am 14. Dezember 2009 stattfand, befand sich Fermi über Ägypten. Der aktive Sturm war jedoch in Sambia, etwa 2800 Meilen südlich. Der ferne Sturm befand sich unter Fermis Horizont, sodass keine von ihm erzeugten Gammastrahlen erkannt werden konnten.
"Obwohl Fermi den Sturm nicht sehen konnte, war das Raumschiff dennoch magnetisch mit ihm verbunden", sagte Joseph Dwyer vom Florida Institute of Technology in Melbourne, Florida. "Der TGF produzierte Hochgeschwindigkeitselektronen und Positronen, die dann hochfuhren." Das Magnetfeld der Erde trifft das Raumschiff. “
Der Strahl setzte sich an Fermi vorbei fort, erreichte einen als Spiegelpunkt bekannten Ort, an dem seine Bewegung umgekehrt wurde, und traf das Raumschiff nur 23 Millisekunden später ein zweites Mal. Jedes Mal kollidierten Positronen im Strahl mit Elektronen im Raumschiff. Die Partikel vernichteten sich gegenseitig und emittierten Gammastrahlen, die von Fermis GBM erfasst wurden.
Wissenschaftler haben lange vermutet, dass TGFs durch starke elektrische Felder in der Nähe von Gewittern entstehen. Unter den richtigen Bedingungen, so heißt es, wird das Feld stark genug, um eine Aufwärtslawine von Elektronen anzutreiben. Die energiereichen Elektronen erreichen Geschwindigkeiten, die fast so schnell wie Licht sind, und geben Gammastrahlen ab, wenn sie von Luftmolekülen abgelenkt werden. Normalerweise werden diese Gammastrahlen als TGF detektiert.
Die kaskadierenden Elektronen erzeugen jedoch so viele Gammastrahlen, dass sie Elektronen und Positronen aus der Atmosphäre entfernen. Dies geschieht, wenn sich die Gammastrahlenenergie in ein Teilchenpaar umwandelt: ein Elektron und ein Positron. Es sind diese Partikel, die die Umlaufbahn von Fermi erreichen.
Der Nachweis von Positronen zeigt, dass viele hochenergetische Partikel aus der Atmosphäre ausgestoßen werden. Tatsächlich glauben Wissenschaftler jetzt, dass alle TGFs Elektronen / Positronenstrahlen emittieren. Ein Artikel über die Ergebnisse wurde zur Veröffentlichung in Geophysical Research Letters angenommen.
"Die Fermi-Ergebnisse bringen uns dem Verständnis der Funktionsweise von TGFs einen Schritt näher", sagte Steven Cummer von der Duke University. "Wir müssen noch herausfinden, was das Besondere an diesen Stürmen ist und welche Rolle der Blitz dabei spielt."
Das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA ist eine Partnerschaft zwischen Astrophysik und Teilchenphysik. Es wird vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md., Verwaltet. Es wurde in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium mit wichtigen Beiträgen von akademischen Institutionen und Partnern in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den USA entwickelt.
Das GBM Instrument Operations Center befindet sich im National Space Science Technology Center in Huntsville, Ala. Das Team besteht aus Wissenschaftlern der UAH, des Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, des Max-Planck-Instituts für außerirdische Physik in Deutschland und anderer Institutionen.
Nach Mitternacht am Montag (Eastern Standard Time) wird das Papier auf der AGU-Website unter diesem Link für diejenigen verfügbar sein, die bei AGU registriert sind.
