llustration der Medium Sized Telescopes (MST) des CTA, die unter DESY-Regie gebaut werden. Bild: DESY/Milde Science Communication
Mit dem Cherenkov Telescope Array (CTA) entsteht ein neues und bahnbrechendes astronomisches Observatorium zur Beobachtung von Gammastrahlen aus dem Universum. Es wird das weltgrößte und bei weitem empfindlichste Observatorium für hochenergetische Gammastrahlung sein. CTA wird mit wesentlicher Beteiligung von DESY ein breites und spannendes Spektrum astrophysikalischer Themen und grundlegender Fragen der Physik untersuchen. DESY trägt maßgeblich zu CTA bei und ist für mehrere Schlüsselkomponenten der Forschungseinrichtung verantwortlich, darunter für einen der drei geplanten Teleskoptypen.
Zur Vorbereitung des Wissenschaftsprogramms hat das CTA-Konsortium jetzt die erste detaillierte Beschreibung der wissenschaftlichen Kernaufgaben des Observatoriums vorgestellt. Das mehr als 200 Seiten umfassende Dokument „Science with the Cherenkov Telescope Array“ ist das Resultat von mehr als zwei Jahren Arbeit des aus über 1200 Wissenschaftlern bestehenden CTA-Konsortiums, sowie aus Diskussionen mit Experten aus Astrophysik, Astroteilchenphysik, Kosmologie und Teilchenphysik. Die drei wichtigsten wissenschaftlichen Kernthemen von CTA sind:
1. Ursprung und Rolle relativistischer Teilchen im Universum
Die sogenannte Kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen Teilchen. Wie und wo die Natur diese Teilchen zu großen Energien beschleunigt, ist nur unzureichend verstanden. Die Teilchen der Kosmischen Strahlung sind auch ein wichtiger Bestandteil des interstellaren Mediums und spielen eine bedeutende Rolle in der Entstehung und Entwicklung von Galaxien wie unserer Milchstraße – unser Universum sähe ohne diese hochenergetischen Teilchen anders aus. Mit einer nie da gewesenen Präzision wird CTA unser Verständnis der Kosmischen Strahlung revolutionieren.
2. Extreme astrophysikalische Umgebungen
CTA wird astrophysikalische Objekte beobachten, auf denen sich extreme Bedingungen finden: starke Magnet- und Gravitationsfelder in der Umgebung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern oder Teilchenbeschleunigung in Plasmajets, die fast mit Lichtgeschwindigkeit in der Umgebung von extrem massereichen Schwarzen Löchern entstehen. CTA wird auch mit hoher Empfindlichkeit die vermeintliche Leere im intergalaktischen Raum beobachten: Teilchen- und Magnetfelder mit äußerst geringer Dichte, sowie deren Entwicklung auf kosmologischen Zeitskalen.
3. Die Grenzen der Physik
CTA wird das empfindlichste Instrument für die Suche nach möglichen, schwer fassbaren Teilchen der Dunklen Materie im Energiebereich über 20 Gigaelektronenvolt sein. Dies beinhaltet die Suche nach sehr schweren Teilchen, die von supersymmetrischen Theorien vorausgesagt werden, oder sehr leichten, sogenannten Axion-artigen Teilchen.
Das Dokument beschreibt im Detail Messprogramme, um diesen Fragen zu beantworten, sei es innerhalb der Milchstraße (galaktisches Zentrum und Milchstraßen-Band) oder in anderen nahen oder weit entfernten Galaxien, sowie die Vermessung kurzlebiger Objekte auch im Zusammenspiel mit anderen Observatorien.
CTA wird aus zwei großen Teleskopfeldern bestehen, um den gesamten Himmel abzudecken. Das nördliche Observatorium wird aus 25 abbildenden Cherenkov-Teleskopen auf der spanischen Atlantikinsel La Palma bestehen, das südliche aus etwa 100 Teleskopen in der Gebirgswüste der chilenischen Anden am Berg Paranal. CTA wird das erste offene, auf Beobachtungsanträgen basierende Observatorium für Gammastrahlung sein. Es wird von einem internationalen Konsortium von Instituten auf der ganzen Welt entwickelt und gebaut. Sein Management-Hauptquartier befindet sich in Bologna (Italien), das Science Data Management Centre und der Sitz des wissenschaftlichen Direktors von CTA werden am DESY-Standort in Zeuthen angesiedelt.
Originalarbeit:
„Science with the Cherenkov Telescope Array“; The Cherenkov Telescope Array Consortium; https://arxiv.org/abs/1709.07997
