In der Astroteilchenphysik untersuchen DESY-Forscherinnen und -Forscher hochenergetische Prozesse im Universum. Mit spektakulären Detektoren und Teleskopen analysieren die Experten Neutrinos und Gammastrahlen, die aus fernen Winkeln des Weltalls kommen und über faszinierende Phänomene Auskunft geben können: schwarze Löcher, explodierende Sterne und Strahlungsausbrüche von unvorstellbarer Intensität.

DESY verfügt über umfangreiche Erfahrungen und Kompetenzen in der experimentellen Gammastrahlungs- und Neutrinoastronomie sowie in der theoretischen Astroteilchenphysik. Der Forschungsbereich Astroteilchenphysik bei DESY bündelt diese Expertise und trägt maßgeblich zur Entwicklung dieses wachsenden Forschungsfeldes bei. Der DESY-Standort in Zeuthen wird zu einem Zentrum und Anlaufpunkt der weltweiten Astroteilchenphysik ausgebaut.

Hochenergetische Strahlung

Ein Schwerpunkt von DESY in der Astroteilchenphysik ist die Gammaastronomie. Das Forschungszentrum beteiligt sich an den Gammateleskopen MAGIC auf der Kanarischen Insel La Palma, H.E.S.S. in Namibia und VERITAS in den USA, am Weltraumteleskop Fermi Gamma-ray Space Telescope sowie am geplanten Cherenkov Telescope Array (CTA). Die DESY-Forschungen an den bestehenden Gammateleskopen reichen von der Beobachtung und Analyse verschiedenster Quellen kosmischer Gammastrahlung über Studien des intergalaktischen Magnetfelds bis hin zu Untersuchungen von kernphysikalischen Modellen. Diese experimentellen Aktivitäten werden durch theoretische Studien, z.B. zur Schockbeschleunigung von Teilchen, unterstützt.

Das Gammaobservatorium der Zukunft

Das Observatorium der nächsten Generation CTA ist das größte Projekt von DESY auf dem Gebiet der Gammaastronomie. CTA wird es erlauben, den Ursprung und die Rolle relativistischer kosmischer Teilchen mit deutlich verbesserter Empfindlichkeit zu ergründen, extreme astrophysikalische Umgebungen zu untersuchen und Grenzbereiche der Physik auszuloten. Das CTA Science Data Management Centre wird seinen Sitz auf dem DESY-Campus in Zeuthen haben. Zudem ist DESY Schlüsselpartner bei Entwicklung, Bau und Betrieb wesentlicher Komponenten sowohl in der Bauphase als auch bei zukünftigen Erweiterungen des Observatoriums.

Die Suche nach den Geisterteilchen

Zweiter Schwerpunkt der experimentellen Aktivitäten von DESY in der Astroteilchenphysik ist die Neutrinophysik. DESY ist maßgeblich am Observatorium IceCube am Südpol beteiligt, das in einem Eisvolumen von einem Kubikkilometer hochenergetische Neutrinos registriert, wenn diese mit dem Eis reagieren. Da Neutrinos nur sehr selten mit anderen Teilchen wechselwirken, erreichen sie die Erde auf direktem Weg und liefern daher Informationen aus Bereichen des Universums, die sonst für Astronomen unzugänglich wären, z.B. aus dem Inneren der Sonne oder von Sternenexplosionen. Als ein führendes Institut in der IceCube-Kollaboration treibt DESY Design, Entwicklung und Ausbau von IceCube voran.

Kombinierte Botschaften aus dem All

DESY unterstützt insbesondere den Ausbau eines globalen Multimessenger-Programms, das Informationen verschiedener Boten (engl.: messenger) aus dem All, wie elektromagnetische Strahlung, Neutrinos und Gravitationswellen, kombiniert. Jeder Bote liefert dabei unterschiedliche Informationen – erst durch die Verknüpfung entsteht ein Gesamtbild. So ermöglicht es die Zusammenarbeit von Neutrino-, Gammastrahlungs- und optischen Observatorien, die gemeinsamen Quellen von kosmischer Strahlung und Neutrinos bei höchsten Energien zu identifizieren und zu studieren.

Eine wichtige Rolle spielt dabei auch die theoretische Astroteilchenphysik, die danach strebt, die Daten der verschiedenen Messenger zu interpretieren, ihre Verbindungen zu beschreiben und ganzheitliche Multimessenger-Modelle zu entwickeln.