Der kosmischen Strahlung auf der Spur

2 November 2011
Das First G-APD Cherenkov Telescope (FACT) nimmt erste Daten während der Vollmon

Das First G-APD Cherenkov Telescope (FACT) nimmt erste Daten während der Vollmondnacht vom 11. Oktober 2011. Der Spiegel hat eine Fläche von 9.5 Quadratmetern. Im Hintergrund links sieht man einen 235 Quadratmeter grossen Spiegel eines der riesigen MAGIC Cherenkov Teleskope. (Bild: IPP/ETH Zürich)

Forschende haben eine Kamera entwickelt, die von der kosmischen Strahlung induzierte Lichtblitze erstmals auch bei viel Umgebungslicht, zum Beispiel bei Vollmond, nachweisen kann. Erst kürzlich konnte die Kamera in Betrieb genommen werden und lieferte erste Bilder.

Es ist eines der grossen Rätsel der Wissenschaft: Vor 99 Jahren entdeckte der österreichische Physiker Viktor Hess, dass unsere Erde fortwährend von hochenergetischen Teilchen aus den Tiefen des Alls getroffen wird. Wo diese Teilchen — auch kosmische Strahlung genannt — herkommen, ist fast einhundert Jahre nach dieser Entdeckung noch weitgehend ungeklärt. Es müssen kosmische Beschleuniger existieren, die Teilchen zu sehr viel höheren Energien beschleunigen, als es selbst mit dem leistungsstarken LHC am CERN möglich ist.

Kosmische Beschleuniger identifizieren

Eine vielversprechende Methode, Antworten auf dieses Rätsel zu finden, ist die Hochenergieastronomie. Mit sogenannten Cherenkov-Teleskopen wird nach den extrem schwachen Lichtblitzen gefahndet, die von hochenergetischen Teilchen in der Atmosphäre erzeugt werden. Dazu benötigt man eine hochempfindliche Kamera, die mehrere 100 Millionen bis Milliarden Bilder pro Sekunde aufnehmen kann. In den letzten zehn Jahren gelang es mit Cherenkov-Teleskopen mehr als 140 der hellsten galaktischen und extragalaktischen Beschleuniger zu identifizieren, aber eine bedeutend grössere Anzahl liegt vermutlich noch im Verborgenen. Die Beobachtungen werden dadurch limitiert, dass alle bisherigen Kameras durch zu viel Umgebungslicht zerstört werden können.

Neues Teleskop ist ein Gemeinschaftswerk

Seit wenigen Jahren existieren neuartige Halbleitersensoren, sogenannte G-APDs, die sich gegenüber den bisher verwendeten Photoröhren durch eine grössere Robustheit und einfachere Bedienung auszeichnen. Die ETH Zürich entwickelte in Zusammenarbeit mit der Universität Zürich spezielle Lichtleiter, die für die Verwendung von G-APDs in Cherenkov-Teleskopen notwendig sind, und konstruierte eine neuartige Kamera samt der zugehörigen Elektronik. Nach erfolgreichen Tests baute das Team die Kamera auf der kanarischen Insel La Palma auf einer Höhe von 2200 m in ein bereits existierendes Teleskop ein.

Erste Bilder bei Vollmond

In einer klaren Vollmondnacht im Oktober, nur wenige Stunden nach Montage der Kamera, konnten bereits die ersten Lichtblitze gemessen werden. Das Umgebungslicht war mehr als 100-mal stärker als bisher üblich für Beobachtungen mit Cherenkov-Teleskopen. Seit einiger Zeit weiss man, dass bei einem Typ kosmischer Beschleuniger die Helligkeit sehr stark und schnell ändern kann. Mit der neuen Kamera wird es nun möglich, dieses Phänomen lückenloser zu beobachten. Davon versprechen sich die Forscher neue Erkenntnisse, die zu einem besseren Verständnis der Wirkungsweise dieses kosmischen Beschleunigers beitragen. In den kommenden Monaten wird der Betrieb des Teleskops inklusive der Kamera optimiert. Danach beginnen die wissenschaftlichen Beobachtungen mit FACT.

 

 
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