Das Sternsystem Cygnus X-3 könnte Protonen auf kolossale Energien von mehreren Dutzend Petaelektronenvolt beschleunigen. Diese Schlussfolgerung beruht auf Gammastrahlen, die bis zu 3,7 PeV in der Erdatmosphäre nachgewiesen wurden.
Cygnus X-3 befindet sich etwa 24 000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schwan. Es besteht aus einem massereichen Stern und einem kompakten Objekt, wahrscheinlich einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern. Zwischen den beiden Himmelskörpern strömt Materie und speist mächtige Jets.
Übersicht über Cygnus X-3: der Stern vom Typ WN 4-6 (in Blau) und das kompakte Objekt, umgeben von einer Akkretionsscheibe (in Rot).
Bild Wikimedia
Die Forscher nutzten LHAASO, ein großes Observatorium in China. Dieses detektiert die beschleunigten Protonen nicht direkt: Es beobachtet die Teilchenschauer, die in der Erdatmosphäre von extrem energiereichen Gammastrahlen aus dem Weltraum erzeugt werden.
Die Daten zeigen Gammastrahlen aus dieser Himmelsregion, deren Energien von 0,06 bis 3,7 PeV reichen. Diese Variabilität entspricht derjenigen der Emissionen von Cygnus X-3. Außerdem zeigt sich eine mögliche Modulation im Zusammenhang mit der Umlaufbahn des Systems.
Die Gammastrahlen könnten erzeugt werden, wenn beschleunigte Protonen auf umgebende Materie treffen. In dieser sogenannten hadronischen Interpretation müssen die Protonen mehrere Dutzend PeV erreichen, um mit einer solchen Energie auf der Erde anzukommen. Das System wäre dann ein „Super-PeVatron“, das extreme Energien erreichen kann.
Künftige gleichzeitige Beobachtungen in Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und Radiowellen müssen den zugrunde liegenden Mechanismus präzisieren. Sie könnten auch die orbitale Modulation überprüfen und feststellen, ob Cygnus X-3 tatsächlich zu den energiereichsten kosmischen Strahlen unserer Galaxie beiträgt.