Startschuss für ein ehrgeiziges Projekt der Astroforschung: Bis 2031 entsteht aktuell ein neues Observatorium zur Detektion von Gammastrahlen – mit je einem Standort auf der Nord- und der Südhalbkugel der Erde. Maßgeblich daran beteiligt ist ein deutscher Verbund aus zwei Max-Planck-Instituten, einem Helmholtz-Zentrum sowie sieben deutschen Universitäten, darunter die Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).
Mithilfe der Gammastrahlen sollen Quellen kosmischer Strahlung, dunkle Materie und andere Relikte des Urknalls aufgespürt werden.  Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert die Universitäten des Verbundes in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 4,1 Millionen Euro.
Gammastrahlen sind ein wahrer Schatz für die Erforschung des Universums. Sie entstehen bei hochenergetischen kosmischen Prozessen, etwa wenn massereiche Sterne explodieren, Neutronensterne miteinander kollidieren oder Jets um Schwarze Löcher Materie aussenden.
66 Teleskope mit 125.000 Lichtsensoren
„Im Gegensatz zu Elektronen oder Protonen werden Gammastrahlen nicht durch Magnetfelder abgelenkt. Damit verraten sie uns ziemlich genau, in welcher Richtung die Quellen kosmischer Energie zu finden sind“, sagt Professor Stefan Funk vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP). Treffen Gammastrahlen auf die Erdatmosphäre, erzeugen sie nur einige Milliardstel Sekunden dauernde blaue Lichtblitze, die für das menschliche Auge zwar unsichtbar sind, von speziellen Sensoren jedoch aufgezeichnet werden können.
Genau für diesen Zweck werden in den kommenden fünf Jahren in der chilenischen Atacama-Wüste und auf der kanarischen Insel La Palma insgesamt 66 Teleskope errichtet. Zusammen bilden sie das Cherenkov Telescope Array Observatory, kurz: CTAO. Es wird das weltweit größte und genaueste Observatorium für bodengestützte Gammastrahlen-Astronomie sein – zehnmal empfindlicher als bisherige Detektoren. Die unterschiedlich großen Teleskope besitzen insgesamt rund 125.000 ultraschnelle Kamera-Lichtsensoren und überwachen eine Fläche von etwa einer Million Quadratmetern.
Deutsches Konsortium maßgeblich an CTAO beteiligt
Den Bau und die Inbetriebnahme der CTAO-Teleskope wird ein deutscher Verbund maßgeblich vorantreiben. Dafür stellt das BMFTR im Rahmen des Programms „Erforschung von Universum und Materie” in den kommenden drei Jahren über vier Millionen Euro bereit.
Zum Verbund gehören neben der Universität Erlangen-Nürnberg die Humboldt-Universität Berlin, die Technische Universität Dortmund sowie die Universitäten Bochum, Potsdam, Tübingen und Würzburg. Beteiligt sind außerdem die Max-Planck-Institute für Kernphysik Heidelberg und für Physik München und das zur Helmholtz-Gemeinschaft gehörende Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY in Zeuthen.
„Die Projektpartner spielen in vielen Aspekten von CTAO eine entscheidende Rolle: Sie erproben Komponenten, entwickeln Software für Detektion und Datenauswertung und begleiten die Inbetriebnahme der ersten Teleskope“, erklärt Verbundsprecher Stefan Funk. „Damit sichern sich die deutschen Hochschulgruppen eine starke Position innerhalb des europäischen CTAO-Verbundes.“
Inbetriebnahme der Large-Size Teleskope
Die größten Teleskop-Typen des CTAO haben einen Spiegeldurchmesser von jeweils 23 Metern. Vier von ihnen wurden bereits auf La Palma in einer Höhe von 2400 Metern über dem Meeresspiegel errichtet. „Wir können damit Gammastrahlung aus der Umgebung Schwarzer Löcher in kosmologisch entfernten Galaxien und Quasaren nachweisen“, erklärt Professor Karl Mannheim, Inhaber des Lehrstuhls für Astronomie der Universität Würzburg.
In dem neuen Verbundprojekt soll neben der Inbetriebnahme der Teleskope auch ein System zur Überwachung des Schwingungsverhalten dieser Teleskope entwickelt und aufgebaut werden, um frühzeitig mögliche Schäden am Fahrwerk oder der tragenden Konstruktion erkennen zu können. Dem Würzburger Teilprojekt stehen dafür 500.000 Euro für drei Jahre zur Verfügung.
„Bewegt sich das Teleskop, entstehen Schwingungen, die auf Dauer betriebsbedingte Materialschäden des Teleskopkörpers verursachen und die Genauigkeit der astronomischen Beobachtung beeinträchtigen“ erklärt Mannheim. Sensoren sammeln Daten über das Schwingungsverhalten, die vom JMU-Team analysiert werden. „Unser Beitrag zu den Arbeiten an den Teleskopen ermöglicht es Studierenden, während der Inbetriebnahme erste praktische Erfahrungen mit dem neuen Observatorium zu sammeln“, so Daniela Dorner, leitende wissenschaftliche Mitarbeiterin am JMU-Lehrstuhl für Astronomie.

Kontakt
Prof. Dr. Karl Mannheim, Universität Würzburg, Lehrstuhl für Astronomie, T +49 931 31-85030, karl.mannheim@uni-wuerzburg.de
Zum Cherenkov Telescope Array Observatory