Gesundheit : Sternexplosionen über Namibia

Berliner Forscher suchen am afrikanischen Himmel nach exotischen Lichtquellen

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Von Thomas de Padova

Die Elementarteilchen haben derzeit Verschnaufpause. Frühestens von 2006 an werden die schnellen Partikel in unterirdischen Labors wieder aufeinander prallen. Dann soll es in Genf in einem 27 Kilometer langen Tunnel zum großen Knall kommen und ein wenig später vielleicht auch in Ellerhoop nahe Hamburg, falls der geplante, vier Milliarden Euro teure Beschleuniger wirklich dort gebaut wird.

Thomas Lohse, Christian Stegmann und Ullrich Schwanke gucken derweil mit einer neuartigen Teleskopanlage, die jetzt in Namibia eröffnet wurde, zu den Sternen und Galaxien hinauf. Dort oben prallen Elementarteilchen auf jede nur erdenkliche Weise zusammen. Und zwar bei viel höheren Energien, als sie in ihrem ehemaligen Hamburger Labor zu erreichen sind.

Christian Stegmann ist gerade von seiner fünften Forschungsreise aus Namibia zurückgekehrt. Eines der vier inzwischen errichteten Teleskope hat dort soeben die ersten Aufnahmen gemacht.

„Die Eröffnung der Teleskopanlage war ein nationales Ereignis“, sagt Stegmann, der zusammen mit Lohse und Schwanke an der Berliner Humboldt-Universität forscht. Auf Einladung der deutschen Botschaft sei Prominenz aus ganz Namibia auf die in 1800 Metern Höhe gelegene, sonnige Farm gekommen, um die einzigartige Beobachtungstechnik kennen zu lernen. „Das Projekt katapultiert das Land mit einem Male an die vorderste Front der Forschung.“

Die Max-Planck-Gesellschaft und das Bundesforschungsministerium tragen drei Viertel der Gesamtkosten. Sie haben zusammen sechs Millionen Euro aufgewendet, um eine ehemalige Viehweide am Fuße des Gamsbergs in eine astronomische Forschungsstation und Computerfarm zu verwandeln.

Die ersten jetzt aufgezeichneten Lichtsignale stammen aus dem Zentrum einer fernen Galaxie. Das Galaxienlicht erreicht die Erde nicht auf direktem Wege. Die Erdatmosphäre fängt das Licht auf. Sie schirmt den Boden vor jeder Art von hochenergetischer kosmischer Strahlung ab.

Wenn das Licht in die Erdatmosphäre eindringt, löst es darin eine Kaskade physikalischer Prozesse aus. Dabei entstehen geladene Teilchen, die ihrerseits wieder Licht ausstrahlen (Tscherenkow-Strahlung). In einem „optischen Überschallknall“ wird die ganze Energie des Ursprungslichtes blitzartig aufgebraucht.

Innerhalb eines Bruchteils einer millionstel Sekunde erreicht dann ein blauer Lichtkegel den Erdboden. Er beleuchtet auf dem Erdboden eine Fläche von etwa 250 Metern Durchmesser (siehe Grafik). Der Lichtkegel ist nur mit geeigneten Teleskopen zu sehen.

„Jedes unserer Teleskope hat einen Durchmesser von zwölf Metern", sagt Thomas Lohse, der die Berliner Forschergruppe leitet. „Das Teleskop besteht aus einem Stahlgerüst und 380 einzelnen Spiegeln." Alle diese Spiegel sind beweglich. Sie sammeln das Licht und werfen es auf eine darüber angebrachte, mannshohe Kamera. Die Kamera zeichnet die Luftschauer in der Atmosphäre auf. „1000mal pro Sekunde schießt die Kamera ein Bild raus“, sagt Lohse. Um daraus die Richtung und Energie des ursprünglichen Lichtstrahls und letztlich ein Abbild der kosmischen Quelle zu erhalten, müssen nach Möglichkeit mehrere Teleskop und viele Computer zusammenarbeiten. „Wir brauchen ein sehr effizientes Datennahmesystem“, sagt Lohse. „Dies aufzubauen, ist unsere Aufgabe.“

Ein Handwerk, das er und seine Mitarbeiter an den großen Teilchenbeschleunigern in Hamburg und Genf erlernt haben. Dort ist der zu bewältigende Informationsfluss mitunter größer als der des gesamten deutschen Telefonnetzes. In Namibia nehmen die Wissenschaftler mit ihren Teleskopen so viele Daten auf, dass sich das Archiv jede Nacht um 150 CDs vergrößert.

Lohses Interesse gilt dabei unter anderem gewaltigen Sternexplosionen, den Supernovae. „Ein erheblicher Teil der kosmischen Strahlung rührt offenbar von diesen Supernova-Explosionen her“, vermutet er.

Das jähe Ende eines Sterns war von der Erde aus zum Beispiel im Jahre 1054 zu sehen, wie chinesische Quellen belegen. Ein helles Nachleuchten dieses Ereignisses ist noch heute im Krebsnebel deutlich zu erkennen. Die Stoßwelle der damals gewaltigen Detonation expandiert immer noch. Sie beschleunigt Elementarteilchen auf enorme Energien. Mit den neuen Tscherenkow-Teleskopen lassen sich diese physikalischen Prozesse möglicherweise entschlüsseln.

Ähnliche Einblicke erhoffen sich die Teilchenphysiker in die Kerne der Galaxien. Aus Galaxienzentren schießen riesige Materieströme weit ins All hinaus. Und mitunter liegt die Erde genau in Richtung einer dieser Eruptionen, wie dies etwa bei der Galaxie Markarian 501 der Fall ist.

„Kosmische Beschleuniger" wie Markarian 501 ziehen jüngere Forscher wie Ullrich Schwanke ihren Bann. Auch er hat seine ersten Erfahrungen an einem Beschleuniger für Elementarteilchen in Hamburg gemacht. Dort wurde er mit vielen Problemen der Datenverarbeitung konfrontiert, die ihm nun von Nutzen sind. In diesen Tagen fährt auch er zum ersten Mal nach Namibia, um die Computertechnik zu optimieren.

„Wir werden tagsüber schlafen und nachts die Daten nehmen“, sagt Schwanke. „Aber ich bin schon sehr gespannt. Ich kenne die Teleskope bislang nur von den Bildern.“ Von dem südafrikanischen Land, mit dem auf längere Sicht ein reger Wissenschaftsaustausch in Gang kommen soll, wird er auf dieser Reise vermutlich nur wenig sehen.

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