Partikel in der Pampa

Physik Journal – Am Pierre-Auger-Observatorium beobachten Forscher die energiereichsten Teilchen aus dem All.

Die Teilchen der Kosmischen Strahlung treffen ständig auf die Erde. Sie stammen aus der Sonne, von Supernova-Explosionen in unserer Milchstraße – und aus anderen Galaxien. Besonders interessant sind die seltenen Ereignisse, bei denen einzelne Partikel kinetische Energien von vielen Joule aufweisen. Ihre Identifizierung, die Suche nach ihrer Herkunft und die Physik ihrer Wechselwirkung mit der Atmosphäre sind die Forschungsziele des Pierre-Auger-Observatoriums in Argentinien, die Johannes Blümer vom Karlsruher Institut für Technologie in der Juni-Ausgabe des Physik Journals vorstellt.

Abb.: Einer der 1600 Wasser-Cherenkov-Tanks des Pierre-Auger-Observatoriums in Argentinien vor der Teleskopstation Los Leones am Südrand des Detektorfelds. (Bild: Pierre-Auger-Observatorium)

An Rand des 3000 Quadratkilometer großen Detektorfeldes stehen vier Gruppen von je sechs Fluoreszenzteleskopen, die das schwache Fluoreszenzlicht der in der Erdatmosphäre auftretenden Teilchenschauer in Echtzeit elektronisch abbilden. Dazwischen dienen 1600 Wasser-Cherenkov-Tanks zum Auffangen von Sekundärteilchen, aufgestellt im Abstand von eineinhalb Kilometern. Das Observatorium nutzt erstmals in großem Stil moderne Technologien, wie drahtlose Datenkommunikation und komplexe optische Luftschauerdetektoren.

Teilchen mit wenigen EeV Energie (Exa-eV, 1 Trillion Elektronvolt) treffen isotrop ein, jene mit mehr als 50 bis 60 EeV zeigen eine Richtungskorrelation mit nahen extragalaktischen Objekten. Im November 2007 veröffentlichte die Auger-Kollaboration die erste Hochenergiekarte des Südhimmels im Lichte der Kosmischen Strahlung. Die zirka 18 000 niederenergetischen Ereignisse in dreieinhalb Jahren sind gleichmäßig verteilt, während die 27 energiereichsten anisotrop auftreten und auf nahe aktive Galaxien zurückgehen, z. B. Centaurus A.

Die Fortführung der Messungen zu höheren Energien hin erfordert jedoch ein noch größeres Detektorfeld, das als "Auger-Nord" realisiert werden soll. Der beste und nach derzeitigem Stand einzige mögliche Standort liegt im US-Bundesstaat Colorado. Die verfügbare Fläche beträgt hier 20 000 Quadratkilometer, siebenmal so viel wie bei "Auger-Süd". Die Beobachtung der zweiten Himmelshälfte kommt als Bonus hinzu. Auger-Nord erweitert die Suche nach Quellen, die Teilchenidentifizierung und das Studium der Wechselwirkungen auf über 100 EeV. Nach seiner Fertigstellung sammelt es als erstes Observatorium genügend Daten, um den hellsten Quellen der Kosmischen Strahlung ein eigenes Energiespektrum zuordnen zu können.

 AH