Neues Auge mustert den Gammahimmel

Weltgrößtes Tscherenkow-Teleskop H.E.S.S. II sah heute sein erstes Licht

26. Juli 2012

Das Gamma-Auge in Namibia hat erheblich an Sehschärfe gewonnen: Das neue Teleskop H.E.S.S. II besitzt einen 28-Meter-Spiegel und ergänzt seit heute das aus vier 12-Meter-Spiegeln bestehende H.E.S.S.-Observatorium (High Energy Stereoscopic System). Das größte jemals gebaute Tscherenkow-Teleskop wird die energiereichsten und extremsten Phänomene im Universum im sehr hochenergetischen Gammalicht beobachten. Von dem Instrument nahe des Gamsbergs versprechen sich die Forscher ein tieferes Verständnis bekannter hochenergetischer kosmischer Strahlungsquellen wie supermassiver schwarzer Löcher, Pulsare und Supernovae.

Neues Gamma-Auge für die H.E.S.S.-Familie: Das Teleskop besitzt einen Antennendurchmesser von 28 Metern und wiegt fast 600 Tonnen.

Das neue Teleskop wiegt fast 600 Tonnen, sein 28-Meter-Spiegel entspricht der Fläche von zwei Tennisplätzen. Am 26. Juli um 0:43 Uhr MEZ hat es „erstes Licht“ gesehen und Bilder von atmosphärischen Teilchenschauern aufgenommen, die von kosmischen Gammastrahlen oder von kosmischer Strahlung erzeugt werden. „Das neue Teleskop hat nicht nur die weltweit größte Spiegelfläche derartiger Instrumente, sondern es löst auch die Bilder der Teilchenschauer mit beispiellosem Detailreichtum auf, da es viermal mehr Pixel pro Himmelsfläche besitzt als die kleineren Teleskope“, sagt Pascal Vincent von dem französischen Team, das für die Lichtsensor-Einheit (Kamera) im Fokus des Spiegels verantwortlich ist.

Gammastrahlen stammen nach heutigem Verständnis der Astrophysik aus natürlichen kosmischen Teilchenbeschleunigern wie supermassiven schwarzen Löchern, Doppelsternen, Pulsaren, Galaxienhaufen und Supernovae oder auch von Teilchen aus dem Urknall. Im Universum gibt es viele solcher natürlichen Beschleuniger, die geladene Teilchen auf weit höhere Energieniveaus bringen als dies in künstlichen Beschleunigern wie dem LHC am Genfer CERN der Fall ist.

Hochenergetische Gammastrahlen sind Sekundärprodukte dieser Prozesse und lassen sich daher mit für dieses Licht sensiblen Teleskopen untersuchen. Bisher kennen die Wissenschaftler mehr als 100 kosmische Quellen höchstenergetischer Gammastrahlen. Mit H.E.S.S. II werden die Astrophysiker nicht nur diese Objekte detaillierter erforschen, sondern wohl auch viele neue Quellen entdecken.

Insbesondere wird H.E.S.S. II den Gammastrahlenhimmel bei Energien im Bereich von einigen zehn Gigaelektronenvolt erkunden – also im wenig untersuchten Übergangsbereich zwischen Weltrauminstrumenten und den derzeitigen Teleskopen am Boden, der ein riesiges Potenzial für Entdeckungen bietet.

Hinter den extremsten Gammastrahlern verbergen sich aktive Galaxienkerne. Sie leuchten etwa hundertfach so hell wie die gesamte Milchstraße; dabei scheint die Energie aus einem Volumen zu kommen, das deutlich kleiner ist als das unseres Sonnensystems. Zudem ändert sich die Intensität der Strahlung innerhalb von Minuten dramatisch – ein Hinweis auf die Existenz von supermassiven schwarzen Löchern, die gierig Materie aus der Umgebung verschlingen und dabei Strahlung abgeben.

Teilchenschauer im Fokus: Simultane Beobachtung des neuen Teleskops H.E.S.S. II (Mitte) und der vier bestehenden H.E.S.S.-Antennen (verkleinert abgebildet). Die Farbskala zeigt die Lichtintensität. Die verbesserte Empfindlichkeit und Auflösung der H.E.S.S.-II-Kamera ist deutlich zu erkennen.

Die H.E.S.S.-Teleskope haben in den vergangenen Jahren einige Quellen entdeckt, die bei anderen Wellenlängen unsichtbar sind. Dabei könnte es sich um einen neuen Typ von Himmelsobjekten handeln, zu deren Entschlüsselung H.E.S.S. II beitragen wird.

Dabei beobachtet H.E.S.S. das All nicht direkt wie etwa optische Fernrohre. Wenn Gammastrahlen hoch in der irdischen Atmosphäre auf Luftmoleküle treffen, erzeugen sie eine Kaskade von Sekundärteilchen (Teilchenschauer). Diese Tscherenkow-Strahlung zeigt sich als bläuliche Lichtblitze, die Teleskope mit ultraschnellen Kameras am Boden registrieren. Die für H.E.S.S. II entwickelte Kamera ist in der Lage, die sehr schwachen Blitze mit einer Belichtungszeit von einigen Milliardstel Sekunden aufzunehmen, also eine Million mal schneller als eine normale Kamera.

Die H.E.S.S.-II-Kamera hat die Fläche eines Garagentors, wiegt etwa drei Tonnen und liegt 36 Meter über dem Spiegel in der Brennebene – bei aufrechter Position auf der Höhe eines 20-stöckigen Gebäudes. Trotz seiner Größe kann das Teleskop doppelt so schnell wie die kleineren Teleskope schwenken, um sofort auf schnelle und kurzzeitige Phänomene wie Gammastrahlenausbrüche irgendwo am Firmament zu reagieren.

Die Teleskopstruktur und das Antriebssystem wurden von Ingenieuren in Deutschland und Südafrika entwickelt und in Namibia und Deutschland gebaut. Die 875 sechseckigen Spiegelfacetten, aus denen der riesige Reflektor besteht, wurden in Armenien hergestellt. Die Kamera mit integrierter Elektronik wurde in Frankreich entwickelt und gebaut. Der Bau des neuen H.E.S.S.-II-Teleskops wurde hauptsächlich von deutschen und französischen Institutionen vorangetrieben und finanziert; wesentliche Beiträge kamen aus Österreich, Polen, Südafrika und Schweden.

Das Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik war an der Entwicklung und dem Design aller Komponenten außer der Kamera und ihrer Elektronik maßgeblich beteiligt und koordinierte die Aufbauarbeiten. Die Max-Planck-Gesellschaft war mit einem Anteil an der Finanzierung von knapp 50 Prozent der mit Abstand größte Geldgeber für H.E.S.S. II.

„Die erfolgreiche Inbetriebnahme des neuen Teleskops ist ein großer Schritt voran für die Wissenschaftler von H.E.S.S., für die astronomische Forschung insgesamt und für das südliche Afrika als erstklassigen Standort“, sagt Werner Hofmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik und Sprecher des Projekts. „H.E.S.S. II ebnet auch den Weg zur Realisierung von CTA, dem Cerenkov Telescope Array. Das ist die nächste Instrumentengeneration mit höchster Priorität bei Astroteilchenphysikern in Europa.“

*********

Das H.E.S.S.-Observatorium wird seit fast einem Jahrzehnt von einer Kollaboration betrieben, der mehr als 170 Wissenschaftler aus 32 Institutionen in zwölf verschiedenen Ländern angehören: Namibia und Südafrika, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Österreich, Polen, Tschechien, Schweden, Armenien und Australien. Bisher hat die H.E.S.S.-Kollaboration mehr als 100 Artikel in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht.

Im Jahr 2006 erhielt H.E.S.S. den Descartes-Preis der Europäischen Kommission – die höchste Auszeichnung für wissenschaftliche Zusammenarbeit – und 2010 den Rossi-Preis der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft. In einer Übersicht über die einflussreichsten Observatorien weltweit kam H.E.S.S. im Jahr 2006 auf den zehnten Platz und damit in die Nähe des Hubble Weltraumteleskops und der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile.

HOR

Zur Redakteursansicht