CTA: Teleskop für die Gammaastronomie

Das Cherenkov Telescope Array (CTA) wird extrem energiereiche Strahlung aus dem All einfangen. Damit können die gewaltigsten Prozesse des Universums entschlüsselt werden.

Cherenkov Telescope Array in Chile. © DESY

Der Blick in den Himmel weckt beim Menschen von jeher Neugier. Um Informationen über weit entfernte Sterne, Galaxien und exotische Himmelskörper wie Schwarze Löcher zu sammeln, messen Forschende heute Licht der verschiedensten Wellenlängen. Neben optischen Teleskopen verwendet die Wissenschaft vor allem Hightech-Teleskope: Für langwelliges Radio-„Licht“ gibt es Radioteleskope. Für Licht mit Wellenlängen im Millimeterbereich werden Teleskope wie ALMA genutzt. Zudem umkreisen UV- und Röntgenteleskope auf Satelliten die Erde.

Noch kurzwelligeres Licht, die sogenannte Gammastrahlung, wird bisher mit wenigen spezialisierten Teleskopen beobachtet. Die Erdatmosphäre schirmt die energiereiche Gammastrahlung zwar vollständig ab. Doch beim Auftreffen der Lichtteilchen auf die Atmosphäre entstehen neue Partikel und mit ihnen ein schwaches blaues Licht: sogenanntes Tscherenkow-Licht. Indem die Forschenden das blaue Licht mit sehr empfindlichen Teleskopen beobachten, können sie auf die Richtung der ursprünglichen Strahlungsquelle schließen.

Mit dem Cherenkov Telescope Array (CTA, „Tscherenkow-Teleskop-Feld“) wird nun die nächste Generation dieser Gammastrahlungsteleskope entwickelt. Das neue Observatorium wird Richtung und Energie der Tscherenkow-Lichts deutlich genauer und empfindlicher messen, als es mit den bisherigen Gammaobservatorien möglich ist. Das CTA wird aus rund hundert Einzelteleskopen in drei verschiedenen Größen (vier bis 23 Meter Durchmesser) bestehen. Bisher waren maximal fünf solcher Teleskope zusammengeschaltet. 99 der Spiegelteleskope werden an einem Standort auf der Südhalbkugel stehen, 19 weitere auf der Nordhalbkugel. So lässt sich der gesamten Himmel für die Gammastrahlenastronomie erschließen.

Von welchen Objekten im Universum die Lichtteilchen mit der höchsten Energie kommen, ist noch weitgehend unbekannt. Kandidaten sind Schwarze Löcher. In ihrer Umgebung können elektrisch geladene Teilchen auf höchste Energie beschleunigt werden, die dann wiederum Licht aussenden. Möglicherweise bergen die Gammastrahlen Hinweise auf noch gänzlich unbekannte physikalische Phänomene.

In der Verbundforschung stellte das Bundesforschungsministerium seit 2009 insgesamt rund 4,9 Millionen Euro für deutsche Beiträge zur Vorbereitung des CTA bereit. In dem Verbundprojekt entwickeln vier deutsche Universitäten unter anderem Kontrollsystem, die Steuerung und Software für die Teleskope. Derzeit sind Prototypen für das CTA in Zeuthen bei Berlin, in Polen und in Sizilien im Test.

Der Bau aller geplanten Instrumente wird voraussichtlich bis 2020 dauern. Die Baukosten werden zurzeit noch evaluiert, ebenso die Beteiligung der 31 verschiedenen Partnerländer. Bereits 2017 sollen erste Teleskope mit der Datenaufnahme beginnen, die volle Leistung und der reguläre Betrieb werden ab 2020 erreicht werden.