Teleskope für höchstenergetisches Licht

Energiereiches, für unser Auge unsichtbares Licht kann nicht durch unsere Atmosphäre dringen. Wie lassen sich aber Himmelskörper beobachten, deren Strahlung milliardenfach energiereicher ist als Röntgenstrahlung?

Das MAGIC Teleskop wartet bei Sonnenuntergang auf den bevorstehenden Einsatz.

Licht ist eine elektromagnetische Welle, wobei den Farben unterschiedliche Wellenlängen beziehungsweise Energien entsprechen. Das für das Auge sichtbare Licht ist dabei nur ein kleiner Bereich des bekannten Spektrums. So hat etwa Röntgenstrahlung eine rund 1000-mal höhere Energie als sichtbares Licht.

Eine Herausforderung für die Hochenergieastronomie ist, dass unsere Atmosphäre für energiereiche elektromagnetische Wellen nicht durchlässig ist. Deshalb kann z.B. Röntgenstrahlung nur mit Satelliten gemessen werden. Unsere Arbeitsgruppe erforscht astronomische Objekte, deren Strahlung Milliarden mal energiereicher ist als Röntgenstrahlung. Dazu bräuchte es riesige Satelliten, die extrem teuer wären. Es gibt aber auch eine andere Möglichkeit. Aus der Quantenphysik wissen wir, dass elektromagnetische Wellen sich auch wie Teilchen verhalten können. Hochenergetische Lichtteilchen (Photonen) erzeugen deshalb in der Atmosphäre eine grosse Zahl Sekundärteilchen (z.B. Elektronen). Aufgrund relativistischer Effekte senden diese geladenen Teilchen sogenannte Cherenkov-Strahlung aus, für welche die Atmosphäre transparent ist und die man mit  Cherenkov-Teleskopen (wie dem abgebildeten MAGIC) messen kann. Jedes hochenergetische Photon produziert einen Cherenkov-Blitz mit einer Dauer von etwa einer milliardstel Sekunde. Deshalb benötigen Cherenkov Teleskope sehr empfindliche und schnelle Kameras.  Bisher wurden dazu immer Photomultiplier (PMT) verwendet. Diese Vakuumröhren haben den Nachteil, dass sie z.B. bei starkem Mondlicht schnell funktionsuntüchtig werden. Unter der Leitung unserer Gruppe wurde das First G-APD Cherenkov Teleskop (FACT) entwickelt, das zum ersten Mal siliziumbasierte Sensoren (sogenannte G-APD oder SiPM) verwendet. Der erfolgreiche Betrieb von FACT beweist, dass mit G-APDs selbst bei Vollmond problemlos gemessen werden kann.

Beteiligte

Prof. Dr. Adrian Biland
Max Ludwig Ahnen
Dr. Dorothee Hildebrand
Dr. Gareth Hughes
Dr. Werner Lustermann
Sebastian Mueller
Dominik Neise
Prof. Dr. Felicitas Pauss
Ulf Roeser
Patrick Vogler