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Sonderausgabe von Astronomy & Astrophysics über H.E.S.S.

15 Jahre Erforschung der Milchstraße mit H.E.S.S.

Seit 15 Jahren erforschen die H.E.S.S.-Teleskope die Milchstraße im Gammalicht. Aus diesem Anlass hat die H.E.S.S.-Kollaboration nun ihre bisher größte Zusammenstellung von wissenschaftlichen Ergebnissen in einer Sonderausgabe der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht. Unter den mehr als einem Dutzend einzelnen Beiträgen befinden sich eine umfangreiche Durchmusterung der Galaktischen Ebene, Studien von Populationen von Pulsarwindnebeln und Supernova-Überresten, sowie Suchen nach neuen Arten von zuvor im sehr hochenergetischen Gammalicht noch nicht entdeckten Objekten wie Mikroquasaren oder Schockwellen um schnelle Sterne. Präzisionsmessungen von Supernova-Überresten mit Schalenstruktur wie zum Beispiel RX J1713-3946 und der diffusen Emission aus dem Zentrum der Milchstraße ergänzen diese Arbeiten. Dieser umfassende Datensatz wird in den Jahren bis zur Inbetriebnahme des Nachfolgeprojekts Cherenkov Telescope Array in den 2020ern den Stand der Forschung in der Hochenergie-Astrophysik darstellen.

Noch während der Bauzeit des H.E.S.S. Tscherenkow-Teleskopsystems wurden im Frühjahr 2003 die beiden ersten Teleskope auf das Zentrum der Milchstraße und den Überrest eines explodierten massereichen Sterns gerichtet. Von beiden Zielen registrierten sie Gammastrahlung und haben so ein neues Fenster zur Erforschung der Milchstraße im sehr hochenergetischen Gammalicht geöffnet. In den folgenden 15 Jahren haben die H.E.S.S.-Teleskope kontinuierlich die Milchstraße und ausgewählte einzelne Quellen ins Visier genommen. Dabei hat H.E.S.S. zahlreiche neue Quellen und neue Arten von Objekten entdeckt, und so das Gebiet der bodengebundenen Gamma-Astronomie wesentlich vorangetrieben. Die wichtigsten Ergebnisse erscheinen nun gebündelt als eine Serie von Publikationen in einer Sonderausgabe von Astronomy & Astrophysics mit dem Titel „H.E.S.S. phase-I observations of the plane of the Milky Way“.

Zwei der 14 Beiträge befassen sich mit den beiden ersten bereits 2003 beobachteten und später detailliert untersuchten Objekten, dem Galaktischen Zentrum und dem explodierten Stern RX J1713-3946, und runden damit eine spannende Zeit von Entdeckungen und Präzisionsmessungen der Milchstraße im Gammalicht ab. „Diese Sonderausgabe ist ein Meilenstein der Gamma-Astronomie und zeigt die enorme Breite und Tiefe des wissenschaftlichen Programms von H.E.S.S. über 15 Jahre“, konstatiert Werner Hofmann vom MPI für Kernphysik, langjähriger Sprecher von H.E.S.S. und Sprecher des Nachfolge-Projekts Cherenkov Telescope Array (CTA, www.cta-observatory.org). „Wir konnten nur davon träumen, beinahe 80 Quellen höchstenergetischer Gammastrahlen in der Milchstraße zu finden, als wir vor mehr als einem Jahrzehnt mit der Durchmusterung der Galaktischen Ebene begannen“, ergänzt Christopher van Eldik vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) der FAU und derzeitiger Vize-Sprecher von H.E.S.S..

Die aktualisierte H.E.S.S.-Durchmusterung der Galaktischen Ebene (HGPS) ist eine sorgfältige systematische Studie, die einen deutlich tieferen Einblick in den inneren Teil unserer Galaxis liefert, und die zugleich zum ersten Mal Daten aus diesem Energiebereich allen Astrophysikern zur Verfügung stellt (siehe https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/hgps/). „Mit der Veröffentlichung von Fluss- und Empfindlichkeitskarten bekommen wesentlich mehr Astronomen mit Interesse an nicht-thermischen Phänomenen und kosmischen Teilchenbeschleunigern Zugang zu den Ergebnissen; außerdem ist das ein Testlauf für die Datenfreigabe bei CTA“, erklärt Stefan Funk, ebenfalls Professor am ECAP und zurzeit Physik-Koordinator von CTA. Die HGPS ist auch die Basis, um generelle Eigenschaften von Gammaquellen wie den häufigen Pulsarwindnebeln und Supernova-Überresten – darunter drei neu entdeckte – zu studieren.

In einer zweiten Gruppe von Beiträgen präsentieren H.E.S.S.-Wissenschaftler Präzisionsmessungen einzelner Teilchenbeschleuniger wie RX J1713-3946 oder ganzer Regionen wie dem Galaktischen Zentrum. Diese Studien zeigen detailliert die Eigenschaften der betreffenden Teilchenbeschleuniger und werfen ein neues Licht darauf, wie sich kosmische Strahlen durch den interstellaren Raum bewegen und ihre Umgebung formen. Weitere Beiträge suchen in den H.E.S.S.-Daten nach der Emission von neuen Arten von Objekten wie schwarzen Löchern mit der Masse von Sternen, die um Riesensterne kreisen, oder Ausreißer-Sternen. „Die Vielfalt der Themen in dieser Sonderausgabe zeigt deutlich, dass sich hochenergetische Gammastrahlungs-Astronomie zu einem ausgereiften Gebiet entwickelt hat. Wir vergrößern damit unser Wissen über hochenergetische astrophysikalische Prozesse in der Milchstraße“, resümiert David Berge vom DESY, Koordinator des H.E.S.S.-Sonderbands.

Eine weltweite Kollaboration von Gammastrahlungs-Astronomen bereitet derzeit das wesentlich empfindlichere Nachfolge-Instrument CTA vor mit je einem Standort auf der Nord- und Südhalbkugel. Nach seiner geplanten Inbetriebnahme in den 2020er-Jahren wird es ein detailreicheres Bild der Milchstraße im Gammalicht aufnehmen. Bis dahin stellen die jetzt veröffentlichten H.E.S.S.-Daten den Stand der Wissenschaft auf diesem Gebiet dar.

H.E.S.S.: https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/

„H.E.S.S. phase-I observations of the plane of the Milky Way“, Astronomy & Astrophysics Vol 612, April 2018

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Christopher van Eldik
Tel.: 09131/85-27062
Christopher.van.Eldik@physik.uni-erlangen.de