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Der leistungsstärkste Detektor für die extremsten kosmischen Ereignisse steht vor der Konstruktion

Gammastrahlen sind 10 Billionen Mal energiereicher als sichtbares Licht und unser Universum erzeugt in Verbindung mit extremen Ereignissen eine Menge davon. Ein Teleskop-Array der nächsten Generation wird demnächst den Kosmos auf dieses Signal abtasten, um Phänomene wie schwarze Löcher bin hin zu Supernovas zu enträtseln.

Grundlagenforschung
Weltraum

Das elektromagnetische Spektrum ist der kontinuierliche und unendliche Bereich von Frequenzen und der dazugehörigen Wellenlängen für alle Arten von elektromagnetischer Strahlung, die durch sogenannte Photonen mit entsprechender Energieladung „transportiert“ werden. Das sichtbare Licht ist nur ein kleiner Abschnitt im mittleren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Gammastrahlen sind am oberen Ende des Frequenzbereichs angesiedelt – tatsächlich ist der Frequenzbereich für Gammastrahlung so umfassend und unbekannt, dass es keine klar definierte Obergrenze gibt. Das Universum ist der größte Gammastrahlenerzeuger. Obwohl die aktuelle Infrastruktur für Hochenergiemessungen erstaunliche Hinweise auf die Rätsel offenbart hat, die in der kosmischen Strahlung verborgen liegen, hat sich auch angedeutet, dass wir kaum die Spitze des Eisbergs gesehen haben. Das spektakuläre Cherenkov Telescope Array (CTA) wird ein neues Fenster zu den extremsten Ereignissen im Universum öffnen. Das EU-finanzierte Projekt CTA-DEV führt das CTA vom Entwurf zur Implementierung, indem der Bau der Infrastruktur, die Governance und Verbreitungsmaßnahmen angegangen werden.

Es gibt für alles den richtigen Zeitpunkt und den richtigen Ort; für das CTA ist das hier und jetzt

Dank der aktuellen Generation bodengestützter Gammastrahlendetektoren hat sich seit 2003 die Anzahl bekannter Gammastrahlen emittierender Objekte von 10 auf über 150 Objekte erhöht. Im Jahr 2008 wurde das CTA-Konsortium für die Entwicklung des Konzepts für die nächste Generation von Detektoren gebildet, die eine Genauigkeit und Empfindlichkeit aufweisen, um dieses Verzeichnis der bekannten Objekte um das 10-fache zu erweitern. Heute bilden mehr als 1 500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Ingenieurinnen und Ingenieure aus 31 Ländern dieses Konsortium. Zusammen mit Interessengruppen aus 11 Ländern und einer zwischenstaatlichen Organisation arbeiten sie an der Realisierung dieser Initiative. Federico Ferrini ist der Geschäftsführer der CTAO gGmbH, der vorübergehenden Rechtseinheit, die eingerichtet wurde, um die Implementierung des CTA vorzubereiten. Laut Ferrini „war das CTA-Konsortium die Idee von ein paar Leuten in einem Raum vor mehr als einem Jahrzehnt und heute haben wir unsere Standortvereinbarungen, funktionierende Prototypen für alle vorgeschlagenen Teleskopkonstruktionen und eine signifikante Standortcharakterisierung sowie laufende Konstruktionsarbeiten. Die Konstruktion soll 2021 beginnen.“ Das CTA wird das erste bodengestützte Gammastrahlenobservatorium sein, das der weltweiten Wissenschaftsgemeinde offen zugänglich ist. Die tatsächlichen Beobachtungen werden von Bedienungspersonal durchgeführt und die Daten und Analyseinstrumente werden daraufhin dem leitenden Forscher in gängigen Datenformaten zur Verfügung gestellt. Nach etwa einem Jahr werden die Daten für die Gemeinschaften der Astrophysik- und Teilchenphysik und darüber hinaus öffentlich verfügbar gemacht.

Beschleunigtes Entdecken und Verstehen

Mit mehr als 100 Teleskopen an zwei Standorten in der nördlichen und südlichen Hemisphäre und seiner Fähigkeit einen enormen Photonenenergiebereich von 20 Gigaelektronenvolt (GeV) bis 300 Teraelektronenvolt (TeV) abzudecken, wird das CTA die Leistung und das Potenzial in Bezug auf die aktuellen Instrumente erheblich verbessern. „Und dessen weiterer Sichtbereich und zehnfache Verbesserung in der Empfindlichkeit werden dem CTA eine hunderte Male schnellere Himmelsüberwachung als mit bestehenden TeV-Teleskopen ermöglichen“, merkt Ferrini an. Das CTA hat erhebliches wissenschaftliches Potenzial, da neue Erkenntnisse zum kosmischen Ursprung von Gammastrahlen gesucht werden, einschließlich von schwarzen Löchern, Supernovaüberresten, Pulsaren, Binärsystemen und sogar dunkler Materie. Das CTA wird unsere Sichtweise auf das Hochenergieuniversum fundamental in einer Weise verändern, die kommende Generationen beeinflussen wird. „Wir werden Gammastrahlenquellen in größerem Detail sehen, neue Ursprünge ermitteln und möglicherweise manche der größten Rätsel des Universums wie zum Beispiel die Natur von dunkler Materie lösen können. Natürlich werden die interessantesten Entdeckungen diejenigen sein, die unerwartet sind!“, lautet das Fazit von Ferrini.

Schlüsselbegriffe

CTA-DEV, Cherenkov Telescope Array (CTA), Observatorium, Gammastrahlung, Gammastrahl, Universum, Strahlung, kosmisch, elektromagnetisch, Teleskop, Energie, dunkle Materie, Detektor, schwarzes Loch, Physik, Astrophysik, Teilchen, Photon, Supernova, Pulsar, binär

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