Eine ''Kamera'' für Dunkle Materie

Space Shuttle Endeavour bringt das Alpha-Magnet-Spektrometer AMS zur Internationalen Raumstation.

Mit verschiedenen Detektoren soll das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) außen an der Internationalen Raumstation ISS die kosmische Strahlung im Weltraum untersuchen. Das AMS startet am Freitag, 29. April 2011, um 21.47 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (15.47 Uhr Ortszeit) an Bord des Space Shuttles Endeavour von Cape Canaveral (Florida) zur ISS. Rund 500 Wissenschaftler aus 16 Ländern sind an dem vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützten Projekt beteiligt. Das Ziel der Forscher: Hinweise auf Dunkle Materie und Antimaterie zu entdecken. "Mit dem AMS-Experiment wird erstmals auch die Astrophysik in der wissenschaftlichen Nutzung der ISS Einzug halten", betont DLR-Vorstandsvorsitzender Johann-Dietrich Wörner.

Fast sieben Tonnen schwer und vier Meter hoch ist das Spektrometer, das mit einem kräftigen Magneten die geladenen Teilchen der kosmischen Strahlung durch die Detektoren lenkt und diese Teilchen dann wie eine riesige Kamera abbildet. "Das AMS ist ein Instrument in einer Größenordnung, wie wir es normalerweise nur auf der Erde betreiben würden", erklärt der deutsche Projektleiter Stefan Schael von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen. Allerdings: Auf dem Boden würde man lediglich die Zerfallsprodukte der Weltraum-Strahlung feststellen können, denn diese treten mit der schützenden Erdatmosphäre in eine Wechselwirkung - und gelangen daher nicht mehr in ihrer ursprünglichen Form auf die Erde. "Die große Herausforderung war es also, ein Präzisionsinstrument in den Weltraum zu bringen, das auch den Start mit dem Shuttle übersteht", so der Projektleiter.

Die geplante Mission soll vor allem dazu beitragen, das Rätsel um die Dunkle Materie und die Antimaterie zu lösen. Zurzeit geht die Wissenschaft davon aus, dass die Dunkle Materie aus neuen Elementarteilchen besteht, die zum Beispiel dafür sorgen, dass unsere Sonne in einer stabilen Bahn um das Zentrum der Milchstraße kreist. "Nur, wenn wir der Dunklen Materie auf die Spur kommen, können wir sagen, ob diese Theorie Sinn macht." Das AMS fahndet im Weltall ebenfalls mit einer bisher unerreichten Empfindlichkeit nach Anti-Materie. Dabei gehe es um eine der wichtigsten aktuellen Fragen in der Physik, erklärt Schael. In der Astrophysik gilt nach heutigem Stand die Hypothese, dass nach dem Urknall ebensoviel Materie wie Antimaterie entstand. Bisher wurde jedoch im Weltall noch keine Antimaterie entdeckt. Würden das AMS zum Beispiel einen Anti-Kohlenstoff-Atomkern messen, wäre das ein Hinweis darauf, dass das Universum in der Tat symmetrisch ist und nach dem Urknall eine räumliche Trennung zwischen Materie und Antimaterie stattgefunden hat.

Pro Sekunde werden die Detektoren des AMS 2000 Teilchen messen, die durch das Experiment an der Außenseite der ISS fliegen. Für jedes einzelne dieser Teilchen, die zum Beispiel von den Überresten gewaltiger Supernova-Explosionen im All zeugen, können dabei nicht nur die Energie, sondern auch Masse und elektrische Ladung bestimmt werden. Ausgestattet ist das Alpha-Magnet-Spektrometer für einen Betrieb an der Raumstation ISS über mehrere Jahrzehnte. Damit erfasst es die kosmische Strahlung auch über einen ganzen solaren Zyklus hinaus, bei dem sich alle elf Jahre das Magnetfeld der Sonne ändert. Gleich mehrere Komponenten werden im Alpha-Magnet-Spektrometer zum Einsatz kommen. In Deutschland sind das Physikalische Institut der RWTH Aachen und das Institut für Experimentelle Kernphysik des Karlsruher Instituts für Technologie unter anderem für den Übergangsstrahlungsdetektor, Komponenten des Spurendetektors und eine seitliche Teilchenabschirmung verantwortlich.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt / AL