CERN-Experiment liefert starken Beleg für durchdringendes intergalaktisches Magnetfeld als Erklärung für fehlende Gammastrahlen

Ein internationales Forscherkonsortium hat einen bedeutenden Durchbruch in der experimentellen Astrophysik erzielt, indem es die extremen Bedingungen energiereicher kosmischer Jets im Labor nachbildete. Mithilfe des Super Proton Synchrotron (SPS) Beschleunigers am CERN in Genf erzeugten die Wissenschaftler Plasma-„Feuerbälle“. Ziel dieser bahnbrechenden Untersuchung war es, ein seit Langem bestehendes kosmisches Rätsel zu entschlüsseln: das unerklärliche Verschwinden von Gammastrahlen hoher Energie auf ihrer Reise durch den intergalaktischen Raum. Die Ergebnisse dieser wegweisenden Forschung, die am 3. November 2025 in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht wurden, schlagen eine Brücke zwischen theoretischer Kosmologie und konkreten irdischen Experimenten.

Im Zentrum der Analyse standen sogenannte Blazare. Dies sind Galaxien, deren supermassereiche Schwarze Löcher mächtige Strahlen aus Strahlung und Partikeln nahezu mit Lichtgeschwindigkeit in Richtung Erde schleudern. Diese Jets emittieren intensive Gammastrahlen im Teraelektronenvolt-Bereich (TeV). Es wird theoretisch erwartet, dass diese Strahlen auf ihrem Weg durch das All mit dem Hintergrundlicht interagieren und dabei Elektron-Positron-Paare erzeugen. Diese Paare sollten anschließend durch Streuung am kosmischen Mikrowellenhintergrund eine sekundäre Emission von Gammastrahlen geringerer Energie hervorrufen. Allerdings konnten weltraumgestützte Instrumente, wie etwa der Fermi-Satellit, diese vorhergesagte Sekundäremission nicht nachweisen, was Astrophysiker vor ein erhebliches Dilemma stellte.

Zur Erklärung dieses Defizits existierten bislang zwei Haupttheorien: Entweder durchdringen schwache Magnetfelder das intergalaktische Medium und lenken die erzeugten Partikelpaare subtil ab, oder die Strahlen selbst werden instabil, während sie das dünne kosmische Material durchqueren, wodurch sich selbstverstärkende Magnetfelder bilden, die Energie ableiten. Um diese Hypothesen direkt zu überprüfen, nutzte das Forschungsteam – eine Kooperation zwischen der University of Oxford und der Central Laser Facility (CLF) des STFC – die HiRadMat-Anlage des CERN. Durch die Erzeugung von Elektron-Positron-Paaren mittels des SPS und deren Lenkung durch ein meterlanges Umgebungsplasma wurde die Ausbreitung einer Blazar-getriebenen Kaskade im intergalaktischen Plasma simuliert.

Die Messungen im Labor lieferten ein eindeutiges Ergebnis: Der Partikelstrahl blieb bemerkenswert schmal und nahezu parallel. Es gab nur minimale Anzeichen für selbst erzeugte Magnetfelder oder eine störende Instabilität. Diese Beobachtung legt nachdrücklich nahe, dass Strahl-Plasma-Instabilitäten nicht die primäre Ursache für die fehlenden Gigaelektronenvolt (GeV) Gammastrahlen sind. Damit erhalten die Wissenschaftler eine substanzielle empirische Bestätigung für die alternative Annahme, die ein externes Magnetfeld ins Spiel bringt. Professor Gianluca Gregori von der University of Oxford, der leitende Forscher, betonte, dass diese Laborbemühungen abstrakte Theorie effektiv mit konkreter Beobachtung verknüpfen und so das Verständnis ferner astrophysikalischer Phänomene vertiefen.

Die zentrale Schlussfolgerung dieser Entdeckung ist eine starke Befürwortung der Existenz eines allgegenwärtigen intergalaktischen Magnetfeldes, das möglicherweise ein uraltes Relikt aus den frühesten Momenten des Universums darstellt. Dieses Ergebnis verschiebt den wissenschaftlichen Fokus. Es geht nun nicht mehr nur darum, die fehlenden Gammastrahlen zu erklären, sondern vielmehr den Ursprung dieses kosmischen Magnetismus zu ergründen. Die im Laborexperiment beobachtete Stabilität, die auf ein externes magnetisches Gerüst hindeutet, zwingt Forscher nun dazu, die ursprüngliche Quelle dieses Feldes zu suchen. Diese kosmische Struktur wird somit als tiefgreifender Hinweis auf die Anfangsbedingungen des Universums betrachtet.