Skip to main content

PUBLIC RELEASE DATE: 23 August 2005

Dem Rätsel kosmischer Gammablitze auf der Spur

Münchner Max-Planck-Forschern gelingt erste Hochenergie-Beobachtung eines Gammastrahlen-Ausbruchs



Abb. 1: MAGIC, das "Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov"-Teleskop. Das mit einem Spiegeldurchmesser von 17 Metern weltweit grte Teleskop seiner Art untersucht die Gamma-Strahlung ferner Galaxien und explodierender Sterne.
Bild: Robert Wagner, Max-Planck-Institut fr Physik
Click here for a high resolution photograph.

Einen Gamma Ray Burst noch whrend der Explosionsphase zu beobachten ist jetzt erstmals einer internationalen Wissenschaftlergruppe um Prof. Masahiro Teshima vom Mnchner Max-Planck-Institut fr Physik mit MAGIC, dem weltweit grten Gammastrahlen-Teleskop auf La Palma/Spanien, gelungen. Am frhen Morgen des 13. Juli 2005 konnten die Astronomen bereits 40 Sekunden nach der Explosion und nur 20 Sekunden, nachdem der Ausbruch GRB050713a vom Satelliten SWIFT gemeldet worden war, das Teleskop auf die gemeldete Position ausrichten und den Ausbruch messen. Damit liegen zum ersten Mal gleichzeitig durchgefhrte Messungen der Gamma-Emission in stark unterschiedlichen Spektralbereichen vor, nmlich von SWIFT im Rntgenlicht und von MAGIC im extrem harten Gamma-Licht (E > 175 GeV). Die Beobachtungsergebnisse wurden auf der 29. Internationalen Cosmic Ray Konferenz vorgestellt, die vom 3. bis 10. August 2005 in Puna (Indien) stattgefunden hat.

Beobachtungen im Gammastrahlen-Bereich des elektromagnetischen Spektrums ffnen ein neues Fenster in der langen Geschichte der Astronomie. Da die Erdatmosphre fr dieses extrem energiereiche Licht undurchlssig ist, erfordern direkte Beobachtungen den Einsatz von Satelliten oder Raketen. Sie knnen allerdings nur Gammastrahlung bis zu Energien von maximal einigen zehn Milliarden Elektronenvolt registrieren. Fr hhere Energien mssen sich die Astronomen mit einem Trick behelfen, der es erlaubt, Gammaquanten auch mit erdgebundenen Detektoren nachzuweisen.



Abb2.: Das Laser-Kalibrationssystem des MAGIC-Teleskops, mit dessen Hilfe die Segmente des 17 Meter-Spiegels nachjustiert werden. Dadurch bleibt die hohe Abbildungsqualitt auch nach schnellen Dreh- und Schwenkbewegungen gewhrleistet.
Bild: Robert Wagner, Max-Planck-Institut fr Physik
Click here for a high resolution photograph.

Dazu nutzen die Forscher die Tatsache, dass sich ein hochenergetisches Gammateilchen in den oberen Schichten der Atmosphre beim Vorbeiflug an einem Atomkern spontan in ein Elektron und in dessen Antiteilchen, ein Positron, umwandeln kann. Beide Teilchen erzeugen wiederum in einer Art Schneeballsystem weitere Sekundr-Teilchen - eine Teilchenlawine, ein so genannter "Luftschauer", entsteht. Die elektrisch geladenen Teilchen des Schauers, deren Geschwindigkeit hher ist als die Lichtgeschwindigkeit in Luft, emittieren Cherenkov-Licht. Als Cherenkov-Strahlung bezeichnet man eine elektromagnetische Strahlung, die von schnellen elektrischen Teilchen in elektrisch nicht leitenden Medien erzeugt wird, wenn ihre Geschwindigkeit grer ist als die Geschwindigkeit der Strahlung in diesem Medium. Die 1934 von P. A. Cherenkov entdeckte Strahlung breitet sich annhernd in Flugrichtung des ursprnglichen Gammateilchens aus und beleuchtet auf der Erdoberflche fr wenige Milliardstel Sekunden eine Flche von einigen hundert Metern Durchmesser.

Das Potenzial von MAGIC beruht auf dem konzertierten Einsatz neuester Technologien in den zentralen Komponenten des Teleskops, die eine effizientere Lichtsammlung ermglichen. So war Leichtbau bei allen bewegten Teilen Voraussetzung dafr, einen Spiegeldurchmesser von 17 Metern realisieren zu knnen, ohne dabei Kompromisse bei der Positionierungsgeschwindigkeit eingehen zu mssen. Dies ist wichtig fr die Beobachtung kurzzeitiger Phnomene wie Gamma Ray Bursts. Erstmals bei einem Cherenkov-Teleskop wird eine ultraleichte Kohlefaser-Gitterrahmenstruktur als Spiegeltrger eingesetzt. Auch die 934 Spiegelsegmente bestehen aus Gewichtsgrnden nicht aus Glas, sondern aus Aluminium, dessen Oberflche mit diamantbestckten Werkzeugen geschliffen wurde. Die Spiegelsegmente selbst sind mit einem computergesteuerten Verstellmechanismus ausgestattet, sodass kleinste Verformungen des Spiegeltrgers, wie sie bei Lagenderungen auftreten, automatisch korrigiert werden knnen. Auf diese Weise bleibt die optische Qualitt des Teleskops unabhngig von der Positionierungsrichtung stets gewhrleistet.

Die vom Spiegel gesammelten Photonen werden auf eine aus 577 Lichtsensoren bestehende elektronische Kamera fokussiert, die im Brennpunkt des Teleskops angebracht ist und ultrakurze Belichtungszeiten von wenigen Milliardstel Sekunden erlaubt. Fr die Kamera nutzt man speziell entwickelte Photomultiplier-Rhren, deren spektrale Empfindlichkeit an das zu beobachtende Cherenkov-Licht angepasst ist. Der Signaltransfer geschieht ber ein ultraschnelles optisches Glasfaser-System, das eine nahezu verlustfreie Analog-bertragung der in der Kamera erzeugten Impulse ermglicht. Auf diese Weise kann in der Kamera selbst auf schwere Digitalisierungselektronik verzichtet und die Beeintrchtigung durch ein mechanisches Nachschwingen des Kameragehuses minimiert werden.

Die durch konsequente Nutzung technologischer Neuentwicklungen erreichte Empfindlichkeit und schnelle Positionierbarkeit machen MAGIC zu einem weltweit einzigartigen Instrument fr die Beobachtung von Gamma Ray Bursts und anderer bisher weitgehend ungeklrter astrophysikalischer Prozesse. Mit MAGIC ist es mglich, bis zu 8 Milliarden Lichtjahre weit ins Universum zu schauen. Wichtige Objekte des Beobachtungsprogramms sind dabei einige der rtselhaftesten und exotischsten Himmelskrper: Quasare und andere aktive Zentren von Galaxien, Schwarze Lcher, Pulsare und die berreste von Supernovae, jenen gewaltigen Explosionen, die dem Lebenszyklus massereicher Sterne ein Ende setzen.

Die wissenschaftlichen Fragestellungen, auf die sich die Physiker dabei Antworten erhoffen, zhlen zu den Brennpunkten der modernen Grundlagenforschung. Dazu gehren etwa die Frage, welche Mechanismen die Teilchen der kosmischen Strahlung auf die enormen Energien beschleunigen, aber auch ein besseres Verstndnis der Prozesse, die zur Bildung der ltesten Objekte im Kosmos gefhrt haben, oder die Untersuchung der infraroten Hintergrundstrahlung im Universum und die berprfung des Gltigkeitsbereichs der speziellen Relativittstheorie sowie die Suche nach Effekten der Quantengravitation. Auch die rtselhafte Dunkle Materie, die das Universum erfllt und ber deren Natur bisher nur wenig bekannt ist, knnte fr MAGIC beobachtbare Spuren hinterlassen.

Das Teleskop wurde unter Federfhrung des Mnchner Max-Planck-Instituts fr Physik in den Jahren 2001 bis 2003 gebaut und seither in internationaler Kooperation betrieben. Rund 150 Wissenschaftler aus 14 Lndern beteiligen sich an dem Projekt. Deutschland ist durch das Max-Planck-Institut fr Physik in Mnchen, die Humboldt-Universitt Berlin sowie die Universitten Dortmund und Wrzburg vertreten.

MAGIC wird derzeit durch ein zweites, weitgehend baugleiches Teleskop ergnzt. Dies ermglicht dann auch stereoskopische Beobachtungen von Luftschauern, was die Empfindlichkeit des Instruments noch weiter erhhen wird.

###

Verwandte Links:

[1] Internet-Homepage von MAGIC

[2] MPG-Presseinformation "MAGIC erffnet neues Fenster zum Universum" vom 10. Oktober 2003