Startschuss für ein ehrgeiziges Projekt der Astroforschung: Bis 2031 entsteht 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 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Mithilfe der Gammastrahlen sollen Quellen kosmischer Strahlung, Dunkle Materie und Relikte des Urknalls aufgespürt werden. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert die Universitäten des Verbundes in den kommenden drei Jahren mit 4,1 Millionen Euro, 1,2 Millionen davon erhält die FAU.
In den kommenden fünf Jahren werden in der chilenischen Atacama-Wüste und auf der kanarischen Insel La Palma insgesamt 64 Teleskope errichtet. Zusammen bilden sie das Cherenkov Telescope Array Observatory, kurz: CTAO. Es wird das weltweit größte und genaueste Observatorium für bodengestützte Gammastrahlenastronomie sein – zehnmal empfindlicher als bisherige Detektoren. Die unterschiedlich großen Teleskope besitzen insgesamt rund 125.000 ultraschnelle Kameralichtsensoren und überwachen eine Fläche von etwa einer Million Quadratmetern. Die größten Spiegelteleskope haben einen Durchmesser von 23 Metern und sind in der Lage, auch niederenergetische Gammastrahlung zu detektieren.
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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 FAU die Humboldt-Universität Berlin, die TU Dortmund sowie die Unis in Bochum, Potsdam, Tübingen und Würzburg. Beteiligt sind außerdem die Max-Planck-Institute für Kernphysik Heidelberg und für Physik München und das 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.
Die Erlanger Astrophysiker arbeiten vor allem an der Entwicklung und Erprobung von Photosensoren und der Auslese-Elektronik der Kameras. „Wir erreichen eine unglaublich hohe Aufzeichnungsrate von etwa einer Milliarde Bilder pro Sekunde, damit uns kein Gamma-Photon durch die Lappen geht“, sagt Funk. Die an der FAU konzipierten Elektronik-Boards werden industriell gefertigt, anschließend von den Wissenschaftlern geprüft und dann am MPI-K in die Kameras eingebaut. Funk: „Die Einzelkomponenten kann man alle auf dem Markt kaufen, aber eben kein komplettes Teleskop. Die Expertise aller Projektpartner führt zu technischer Innovation weit über die Gamma-Astronomie hinaus und ist Voraussetzung dafür, gute Wissenschaft zu machen.“
Nach dem aktuellen Förderzeitraum ist die FAU auch an der Datenauswertung selbst beteiligt. Die Signale der Photosensoren werden an den CTAO-Standorten zunächst digitalisiert und vorverarbeitet, bevor sie online nach Zeuthen übertragen werden. Dort werden die Daten aufbereitet und den Projektpartnern zur koordinierten Bearbeitung zur Verfügung gestellt. Das Erlanger Team sucht insbesondere nach Dunkler Materie und Quellen kosmischer Strahlung. „Solche Quellen können Supernovae oder Pulsare innerhalb unserer Galaxie sein, aber auch extrem energiereiche Schwarze Löcher im Zentrum ferner Sternensysteme,“ sagt Christopher van Eldik, dessen Erlanger Arbeitsgruppe die Kameras zur präzisen Ausrichtung der Teleskope am Himmel entwickelt. „Das CTAO-Projekt wird dazu beitragen, diese kosmischen Energien und Prozesse besser zu verstehen.“ [FAU / dre]
