applicationContext = Production

MAGIC und CTA: Gammastrahlenteleskope

Mit den MAGIC- und CTA-Teleskopen erforschen Wissenschaftler die Gammastrahlung im Universum. Gammastrahlen sind die energiereichsten Strahlen im elektromagnetischen Spektrum. Sie entstehen zusammen mit der kosmischen Strahlung, die ständig auf die Erdatmosphäre trifft – und deren Ursprung Wissenschaftler verstehen wollen.

Mittels der Gammastrahlen lassen sich auch extrem energiereiche Objekte im Universum untersuchen. Dazu gehören die Überreste von Supernova-Explosionen, aber auch Sternentstehungs-Regionen, Pulsare, Doppelsternsysteme und andere Phänomene in unserer Galaxie. Außerdem beobachten die Teleskope andere Galaxien, insbesondere solche mit einem aktivem supermassereichen schwarzen Loch in ihrem Zentrum.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Physik sind an beiden Observatorien beteiligt. MAGIC ist ein Doppelteleskop auf der Kanareninsel La Palma, CTA ein großes Teleskop-Array, das derzeit auf La Palma und in Chile entsteht.

Physikalischer Hintergrund

Kosmische Strahlung

Im Jahre 1912 entdeckte der Wissenschaftler Victor Hess, dass die Erde kontinuierlich von subatomaren Teilchen aus dem Weltraum beschossen wird. Diese Teilchen, hauptsächlich Protonen, nennt man kosmische Strahlung. Die Quellen der kosmischen Strahlung sind allerdings nach wie vor unbekannt, da galaktische Magnetfelder die Herkunftsrichtung der Teilchen verschleiern.

Gammastrahlen, die zusammen mit der kosmischen Strahlung erzeugt werden, behalten jedoch diese Richtungsinformationen, da sie nicht elektrisch geladen sind und somit auch nicht von den Magnetfeldern abgelenkt werden. Gammastrahlen legen so eine Fährte zu den Quellen der kosmischen Strahlung.

Gammastrahlen sehen

Gammastrahlung ist im Grunde nichts anderes als Licht, nur mit einer viel höheren Frequenz und einer wesentlich größeren Energie pro Lichtteilchen als sichtbares Licht. Allerdings können Teleskope Gammastrahlen nicht direkt beobachten, da diese mit den den Molekülen der Erdatmosphäre reagieren. Es entstehen Teilchenschauer aus Sekundärteilchen, sogenannte Luftschauer.

Viele der Sekundärteilchen in den Luftschauern bewegen sich schneller als das Licht in der Luft. Das klingt zunächst überraschend. Aber nachdem die Lichtgeschwindigkeit in Luft ein klein wenig geringer ist als im Vakuum, wird damit kein physikalisches Gesetz verletzt. Der russische Physiker Pavel Cherenkov hat im Jahre 1934 nachgewiesen, dass Teilchen, die sich in einem transparenten, dielektrischen Medium Luft schneller fortbewegen als das Licht, eine Art ”Überlichtknall“ erzeugen: einen bläulichen Lichtkegel, der im Deutschen Tscherenkow-Licht genannt wird.

Mit unseren Augen können wir diese Lichtblitze nicht sehen - dafür sind sie zu kurz (nur wenige Milliardstel Sekunden) und zu schwach (verglichen mit der Nachthimmelshelligkeit). Die Gammateleskope jedoch können sie erkennen, denn sie besitzen große Lichtreflektoren, die jedes einzelne Lichtteilchen einfangen. Außerdem sind ihre bildgebenden Kameras mit einigen Tausend extrem empfindlichen und ultraschnellen Lichtsensoren ausgestattet. Diese liefern Nanosekunden-kurze Momentaufnahmen von Luftschauern im Tscherenkow-Licht liefern.

Doch das ist noch nicht alles. Ein weiterer Trick, den man sich zunutze macht, ist der Einsatz von mehreren Teleskopen, um ein und denselben Luftschauer aus verschiedenen Blickwinkeln aufzunehmen. Damit kann dessen Ankunftsrichtung besonders gut bestimmt werden.