Physiker der Technischen Universität Dortmund beobachten kosmische Strahlung

Räumliche Verteilung der kosmischen Gammastrahlung mit Energien größer 100 MeV. Ihre Verteilung gibt gleichwohl Hinweise auf den Ursprung der Teilchenstrahlung. Das helle Band ist die Milchstraße, mit ihrem Zentrum in der Mitte. Bild: de.wikipedia.org

Wissenschaftlern der Technischen Universität Dortmund ist in Zusammenarbeit mit der Universität Würzburg und der ETH Zürich ein technischer Durchbruch gelungen: Zum ersten Mal haben sie mit Hilfe einer Kamera auf Basis von Halbleiterdetektoren atmosphärische Teilchenkaskaden, die beim Zusammentreffen kosmischer Teilchen hoher Energie mit der Erdatmosphäre entstehen, beobachten können. Diese neue Technologie kann Ausgangspunkt für weiterführende Erkenntnisse in der Gamma-Astronomie und anderen Bereichen sein.

Bereits in der ersten Nacht konnte das neue Cherenkov-Teleskop FACT (First G-APD Cherenkov Telescope) verwertbare Aufnahmen von atmosphärischen Teilchenkaskaden machen. Die Kamera, die an der ETH in Zürich zusammengesetzt wurde und pro Sekunde mehrere 100 Millionen bis Milliarden Bilder aufnimmt, steht in 2.200 Metern Höhe auf der Insel La Palma. Dort befinden sich bereits zwei weitere Teleskope, so genannte MAGIC-Teleskope, an denen die Wissenschaftler der TU Dortmund auch beteiligt sind.

Bereits mit diesen Teleskopen konnte man die bläulichen Cherenkov-Blitze der Teilchenkaskaden beobachten. Das neue Teleskop basiert jedoch nicht mehr wie bei MAGIC auf Photonenverstärker-Röhren, sondern auf Halbleiterdetektoren, sogenannten G-APDs (Geigermode Avalanche Photo Diodes).

Diese neue Technik bietet zahlreiche Vorteile: G-APDs sind sehr viel robuster gegenüber Sonnenlicht und anderen äußeren Einflüssen. Man kann die Pixelgröße verkleinern und man braucht für ihren Betrieb keine Hochspannung. Einer der größten Vorteile der neuen Technik ist allerdings, dass man sie auch in Nächten benutzen kann, in denen der Mond scheint oder andere Störungsfaktoren die Nacht erhellen. Somit können die Wissenschaftler mehr Daten gewinnen und sind nicht mehr so stark durch äußerliche Einflüsse eingeschränkt. Die nutzbare Beobachtungszeit steigt stark an.

Die Ergebnisse der Messungen können Antworten auf wichtige Fragen in der Astroteilchenphysik, der Kosmologie und der Teilchenphysik bringen: Aus welchen Quellen kommen die kosmischen Teilchen, die in der Atmosphäre schneller als das Licht sind? Welche Eigenschaften haben die Galaxien, aus denen sie kommen? Und welche Hindernisse mussten sie auf dem Weg bis zur Erde überwinden? Die von der Kamera aufgezeichneten Hochgeschwindigkeitsfilme müssen mit neuen Methoden analysiert werden, um den Herkunftsort, die Energie und die Art des kosmischen Teilchens festzulegen. In Dortmund erfolgt dies in enger Zusammenarbeit mit dem Dortmunder Sonderforschungsbereich 876, in dem schnelle und energiesparende Methoden zur Datenanalyse entwickelt werden. Im Moment sind Prof. Rhode und seine Kollegen im Gespräch mit Wissenschaftlern rund um den Globus. An vielen Orten sind derzeit neue Teleskope geplant, um die Quellen der kosmischen Teilchen möglichst lückenlos beobachten zu können. Die neue Technologie soll dafür zur Verfügung gestellt werden.

Quelle: Technische Universität Dortmund (idw)