Galaxien, die gewaltigen Strudeln ähneln, oder intergalaktische Staubwolken, geformt wie ein Pferdekopf: Solche spektakulären Aufnahmen prägen das Bild der Astronomie. Doch es gibt auch Teleskope, die kein sichtbares Licht aufnehmen, sondern andere Strahlungsarten, etwa die Gammastrahlung. Sie entsteht bei gewaltigen kosmischen Ereignissen wie etwa Supernova-Explosionen. Mit dem Gammateleskop CTA (Cherenkov Telescope Array) soll ein neues Observatorium entstehen, das Gammastrahlen mit bislang unerreichter Empfindlichkeit aufspürt. DESY treibt dieses internationale Großprojekt entscheidend voran.

Gammastrahlen sind die energiereichsten elektromagnetischen Wellen: Ein Gammaquant kann viele Billionen Mal mehr Energie enthalten als ein Quant des sichtbaren Lichts. Dementsprechend gewaltig sind die Prozesse, bei denen Gammastrahlung im Universum entsteht – wenn in der Umgebung schwarzer Löcher Materieteilchen auf unvorstellbare Energien beschleunigt werden oder Neutronensterne rasant schnell um sich selbst rotieren. Spezialteleskope, die diese Gammastrahlung auffangen, können wertvolle Details über die fernen Gewaltakte liefern.

Das Gammateleskop der Zukunft

Das Prinzip der Gammateleskope: Treffen hochenergetische Gammastrahlen auf die Lufthülle der Erde, lösen sie dort eine regelrechte Teilchenlawine aus. Diese wiederum ruft charakteristische blaue Lichtblitze hervor. Riesige Spiegelsysteme fokussieren das atmosphärische Leuchten auf extrem schnelle Kameras. Aus den Messdaten lässt sich dann rekonstruieren, woher ein Gammaquant kam und welche Energie in ihm steckte.

Heutige Gammateleskope bestehen aus maximal fünf Einzelteleskopen, bei CTA sollen es rund 100 sein. Um den gesamten Himmel im Auge zu haben, sind zwei Standorte geplant – ein kleinerer auf der Nordhalbkugel mit 20 bis 30 Teleskopen auf einer Fläche von einem Quadratkilometer, und ein größerer auf der Südhalbkugel mit 70 bis 100 Teleskopen auf etwa zehn Quadratkilometern. Das CTA-Team umfasst 1000 Experten aus 25 Ländern – ein weltumspannendes Konsortium. DESY stellt die größte Gruppe innerhalb des internationalen Projekts und ist für Design und Bau der mittelgroßen Teleskope mit einem Spiegeldurchmesser von rund zwölf Metern verantwortlich. Außerdem spielt DESY bei der Entwicklung der Teleskopsteuerung eine führende Rolle.

Der Himmel im Licht der Gammastrahlung

Das Universum ist voller natürlicher Teilchenbeschleuniger, etwa Supernova-Explosionen, Doppelsternsysteme oder aktive galaktische Kerne. Das Gammateleskop CTA wird Tausende dieser kosmischen Beschleuniger mit bisher nicht erreichter Sensitivität beobachten. So können die Forscher entschlüsseln, welche Mechanismen in Millionen Lichtjahren Entfernung Teilchen derart beschleunigt, dass sie solch hochenergetisches Licht erzeugen. CTA würde es erlauben, die räumliche Struktur und zeitliche Veränderung einer Vielzahl von Quellen im Detail zu untersuchen und damit ein vollständiges astronomisches Bild über das gesamte elektromagnetische Spektrum hinweg zu erhalten.

Rätselhafte „dunkle“ Gammastrahlungsquellen, die in keinem anderen Spektralbereich zu sehen sind, könnten den Forschern wertvolle Hinweise auf den Ursprung der kosmischen Strahlung geben. Darüber hinaus wird CTA nach Anzeichen für dunkle Materie suchen und womöglich auch helfen, die Natur der geheimnisvollen dunklen Energie im Kosmos besser zu verstehen.