/ via Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg /
Gammastrahlen-Kokon im Sternbild Schwan könnte in Verbindung mit jungem Supernova-Überrest stehen
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Das Sternbild Schwan, im lateinischen Cygnus, ein prominentes Sternbild am nördlichen Sommerhimmel, zählt zu den aktivsten und komplexesten Sternentstehungsgebieten in der Milchstraße und ist von besonderem Interesse für die Hochenergie-Astrophysik. Ein zentrales Rätsel in dieser Region ist der „Cygnus Cocoon” – eine Quelle ultrahochenergetischer Gammastrahlen, bei der es sich möglicherweise um einen „PeVatron” handelt, einen natürlichen Teilchenbeschleuniger, der Elementarteilchen auf eine Energie von Petaelektronenvolt (1 PeV entspricht der Energie einer gewöhnlichen Stubenfliege, die mit etwa 2 m/s fliegt) beschleunigen kann. Forschende sind auf der Suche nach solchen Quellen, da sie die Ursprünge der energiereichsten kosmischen Strahlung oberhalb des sogenannten „Knies” erklären könnten, einem wichtigen Merkmal im Spektrum der auf der Erde gemessenen kosmischen Strahlung.
In einer in Astronomy & Astrophysics veröffentlichten Studie schlagen Härer et al. eine neue und konsistente Erklärung dieser Emission vor: Die 3D-hydrodynamischen Simulationen zeigen, dass diese Signaturen ultrahochenergetischer Gammastrahlen wahrscheinlich aus einem 50.000 Jahre alten Supernova-Überrest stammen. Dieser Überrest dehnte sich innerhalb einer „Superblase“ aus – einem großen Hohlraum, der durch die kombinierte Wirkung von stelaren Winden zahlreicher Sterne über mehrere Millionen Jahre aufgeblasen wurde.
Die Forschung des Teams liefert einen detaillierten Einblick, wie sich hochenergetische Protonen, die an der äußeren Druckwelle eines Supernova-Überrests beschleunigt werden, durch die komplexe Umgebung der Cygnus-OB2-Sternassoziation und ihr lokales Medium ausbreiten. Durch die Modellierung der spezifischen 3D-Struktur des umgebenden Gases in der Cygnus-Region fanden die Forschenden heraus, dass ein einzelner Supernova-Überrest gut mit den Merkmalen der beobachteten Gammastrahlendaten übereinstimmt.
Das Modell legt nahe, dass die von modernen Ultrahochenergie-Gammastrahlenobservatorien beobachtete Emission das Ergebnis einer Reliktpopulation von Protonen ist. Diese Teilchen, die in den frühen Stadien der heutzutage 50.000 Jahre alten Supernova-Überrests beschleunigt wurden, interagieren nun mit den dichten Gasstrukturen, die die Cygnus-Region umgeben, und erzeugen bei Kernkollisionen hochenergetische Gammastrahlenemissionen. „Unsere Studie zeigt, dass die Spektralform und die räumliche Ausdehnung der von Observatorien wie LHAASO detektierten Gammastrahlen durch ein einzelnes Supernova-Ereignis reproduziert werden können, was darauf hindeutet, dass Supernova-Überreste zu den leistungsstärksten Teilchenbeschleunigern der Galaxie gehören“, erklärt Lucia Härer, Hauptautorin dieser Studie. Diese Arbeit erklärt nicht nur den Cygnus-Kokon, sondern integriert auch die 3D-Strömungsdynamik mit der Teilchentransporttheorie und schafft damit eine neue Vorlage für die Untersuchung der Energieverteilung in anderen Hochenergiebereichen der Milchstraße.
Originalpublikation:
Deciphering the gamma-ray emission in the Cygnus region
L. Härer, T. Vieu, F. Schulze, C. J. K. Larkin, and B. Reville
A&A, Volume 703, November 2025. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202555531
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