Ein neuer Blick auf die Lücke im Gammahimmel: 14 Jahre Fermi-Daten zeigen rund 450 Quellen
Das Universum ist voller Licht unterschiedlicher Energien. Ein Teil davon ist für unsere Augen unsichtbar. Dazu gehört extrem energiereiche Gammastrahlung, die nur unter besonders extremen Bedingungen im Universum entsteht – etwa in der Umgebung supermassereicher Schwarzer Löcher, bei Sternexplosionen oder in astrophysikalischen Jets. Um Gammastrahlung nachzuweisen, nutzen Forschende spezielle Weltrauminstrumente wie das Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT). Dieses Instrument wurde 2008 von der NASA ins All gebracht und kann Lichtteilchen (Photonen) mit Energien von 20 Megaelektronenvolt (MeV, eine Einheit für Energie) bis über ein Teraelektronenvolt (TeV) hinaus messen.
Aufgrund technischer Herausforderungen ist insbesondere der MeV-Bereich bislang nur wenig erforscht. Um diese Lücke zu verkleinern, während die Entwicklung einer Mission abgewartet wird, die gezielt Photonen im MeV-Bereich nachweisen kann, stellt ein internationales Forschungsteam nun den Second Catalog of Low-Energy Fermi-LAT Sources (2FLE) vor. Dafür hat es 14 Jahre Fermi-LAT-Daten im Energiebereich von 20 bis 200 MeV ausgewertet.
„Wir wollen verstehen, wie unser Universum funktioniert: Welche physikalischen Prozesse erzeugen die energiereichsten Photonen im Universum? Wie werden Teilchen in unserer Galaxie und darüber hinaus beschleunigt? Ohne Informationen aus allen Energiebereichen wird unser Bild des Universums immer unvollständig bleiben“, sagt Lea Marcotulli, Helmholtz Investigator Group Leader bei DESY. Der neue Katalog liefert einen weiteren Baustein für dieses Gesamtbild und eröffnet einen Blick auf einen bislang wenig erforschten Teil des Gammahimmels.
Ein lange verborgenes Fenster
Gammastrahlung entsteht bei einigen der energiereichsten Vorgänge im Universum. Dazu gehören Schwarze Löcher und Teilchen, die in kosmischen Beschleunigern auf hohe Energien gebracht werden. Die Untersuchung des MeV-Bereichs kann Forschenden Hinweise darauf liefern, wie solche Teilchen beschleunigt werden und ihre Energie in Form von Strahlung abgeben.
Der Nachweis von MeV-Photonen ist allerdings besonders schwierig. Bei diesen Energien wechselwirken Photonen vor allem über einen Prozess namens Compton-Streuung mit Materie. Dadurch lässt sich nur schwer bestimmen, aus welcher Richtung das ursprüngliche Photon kam. Hinzu kommen starke Hintergrundsignale. Zudem stehen die technischen Möglichkeiten, um die Grenzen der Detektoren zu überwinden, erst seit relativ kurzer Zeit zur Verfügung. Gleichzeitig überlagern sich die Strahlung verschiedener astronomischer Objekte und diffuse Hintergrundstrahlung. Schwache Signale können dadurch leicht miteinander verschmelzen oder im Hintergrund untergehen.
Der Inhalt des 2FLE-Katalogs
Für den 2FLE-Katalog wertete das Team 14 Jahre Fermi-LAT-Daten aus. Dabei untersuchte es den gesamten Himmel im Energiebereich von 20 bis 200 MeV, um besonders helle MeV-Objekte aufzuspüren. Das Ergebnis: rund 450 statistisch signifikante Quellen.
Der Katalog verdoppelt damit nicht nur die Zahl der bekannten Objekte in diesem Energiebereich. Er dürfte auch in den kommenden Jahren der empfindlichste Katalog im MeV-Bereich bleiben. Besonders bemerkenswert ist, dass einige der erfassten Objekte zuvor noch nie im Gammastrahlenbereich nachgewiesen worden waren. Der Katalog bietet damit eine deutlich breitere Grundlage, um die Prozesse hinter dieser energiereichen Strahlung zu untersuchen.
Wie lassen sich echte Signale erkennen?
Echte Quellen von Hintergrundstrahlung und statistischen Schwankungen zu unterscheiden, ist bei diesen Energien besonders anspruchsvoll. Scott Joffre, einer der maßgeblich an der Analyse beteiligten Forschenden, leitete einen großen Teil der Arbeit, mit der die Ergebnisse überprüft wurden. Das Team nutzte umfangreiche Simulationen und wiederholte Tests, um sicherzustellen, dass es sich bei den identifizierten Signalen nicht lediglich um Artefakte der Analyse handelte. Außerdem mussten die Forschenden die ungewöhnliche Form der Positionsunsicherheiten bei niedrigen Energien berücksichtigen und Probleme wie die Überlagerung von MeV-Signalen zweier verschiedener Objekte in die Auswertung einbeziehen.
Sind die Quellen real?
Rund 15 Prozent der im Katalog erfassten Gammastrahlungssignale lassen sich keinem bekannten astronomischen Objekt zuordnen. Handelt es sich um echte Quellen – oder steckt etwas anderes dahinter? Marcotulli erklärt, zunächst müsse geklärt werden, ob die Signale tatsächlich von astrophysikalischen Objekten stammen. Weitere Beobachtungen mit anderen Teleskopen sollen helfen, die tatsächliche Natur dieser unbekannten Objekte zu bestimmen. Falls sich die Signale bestätigen, könnten sie beispielsweise von Schwarzen Löchern mit starken Jets oder von jungen Pulsaren und Supernova-Überresten in unserer Galaxie stammen.
Eine Grundlage für zukünftige Forschung
Der Katalog soll mehr sein als eine Dokumentation der Studienergebnisse. Er wird zeitgleich mit der Studie öffentlich zugänglich gemacht und ermöglicht damit auch anderen Forschenden, die Ergebnisse für eigene Untersuchungen zu nutzen. Die veröffentlichten spektralen Energieverteilungen zeigen beispielsweise, wie sich die Strahlungsleistung eines Objekts über verschiedene Energiebereiche hinweg verändert. Sie können dazu dienen, Modelle zur Entstehung energiereicher Strahlung zu überprüfen oder die Objekte mit Beobachtungen anderer Teleskope zu vergleichen.
„Was Lea und Scott mit 2FLE erreicht haben, knüpft an etwas an, das Astronominnen und Astronomen seit Jahrtausenden tun: Sie kartieren den Himmel. Der Unterschied ist, dass sie einen Teil des Universums kartieren, den unsere Augen niemals sehen könnten. Indem sie diesen bislang wenig erforschten Gammahimmel vermessen, haben sie eine Grundlage geschaffen, auf der viele zukünftige Entdeckungen aufbauen können“, sagt Marco Ajello, einer der wissenschaftlichen Leiter der Studie und Professor an der Clemson University.
Der 2FLE-Katalog wird auch für kommende MeV-Missionen eine wichtige Referenz sein. Eine davon ist das Compton Spectrometer and Imager (COSI), ein Weltraumteleskop, das den MeV-Bereich in einem anderen Energiefenster untersuchen soll. Der Start ist für August 2027 geplant. COSI ist unter anderem darauf ausgelegt, charakteristische Linien in der Gammastrahlung zu messen. Diese können Hinweise darauf geben, welche Elemente bei energiereichen Prozessen entstehen und wo Teilchen beschleunigt werden. Weitere Beispiele für geplante Missionen sind größere Observatoriumskonzepte wie newASTROGAM und AMEGO-X.
Der 2FLE-Katalog verbindet damit bisherige Beobachtungen mit der nächsten Generation von MeV-Missionen. Er zeigt, welche Signale sich in diesem anspruchsvollen Energiebereich bereits nachweisen lassen – und welche Rätsel noch auf ihre Lösung warten.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Lea Marcotulli
E-Mail: Lea.Marcotulli@desy.de
Phone: +49 (0)33762 7 7130
Helmholtz Investigator Group Leader, Fermi, COSI, CTA
Originalpublikation:
The Second Catalog of Low-energy Fermi-LAT Sources
Adelfio, A. et al. (2026). The Astrophysical Journal Supplement Series, 287(2), 40.
DOI: 10.3847/1538-4365/aeb54d
Veröffentlicht am 12. November 2026. Die Publikation ist Open Access.
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