Standort Zeuthen Neutrinos Gammastrahlung Multi
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HIMMELS BOTENª Die Astroteilchenphysik auf der Suche nach kosmischen Quellen Proton Neutrino Photon Die Erde ist ständig einem unsichtbaren Teilchenregen aus dem Weltall ausgesetzt. Unter kosmischer Strahlung verstand man bisher geladene Teilchen, wie Protonen und leichte Kerne. Heute versuchen Astroteilchenphysiker mit speziellen Detektoren auch hochenergetische Photonen (Gammastrahlung) und Neutrinos nachzuweisen, die zusammen mit den geladenen Teilchen erzeugt werden. Einige der Teilchen aus dem Kosmos erreichen schwindelerregende Energien. Doch wo liegen die Quellen dieser hochenergetischen Geschosse? Wie gelingt es der Natur, die Teilchen auf derartige Energien zu beschleunigen? Standort Zeuthen DESY in Zeuthen beteiligt sich an mehreren internationalen Forschungsprojekten zum Nachweis von hochenergetischen Neutrinos und Gammastrahlung aus kosmischen Quellen: IceCube und IceTop am Südpol, H.E.S.S. in Namibia, MAGIC auf der Kanarischen Insel La Palma, VERITAS in Arizona, USA, das Weltraumteleskop Fermi und CTA. Neutrinos Auf der Suche nach Antworten bauten DESY-Wissenschaftler aus Zeuthen am Südpol in internationaler Zusammenarbeit den größten Teilchendetektor der Welt – IceCube, ein Neutrinoteleskop der Superlative. Da Neutrinos nur sehr selten mit Materie wechselwirken, benötigt man für ihren Nachweis ein gigantisches Volumen von einem Kubikkilometer. 5160 lichtempfindliche Sensoren wurden tief in das glasklare Eis am Südpol gelassen. Mit dem Nachweis von Neutrinos werden die Forscher die ersten Fähnchen auf die gegenwärtig noch weiße Himmelskarte des Hochenergie-Neutrino-Universums stecken. Gammastrahlung In Zukunft gehen DESY-Forscher mit dem Cherenkov Telescope Array CTA auf die Jagd nach hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung aus dem Weltall. Diese Teleskope bestehen aus Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft riesigen Spiegelsystemen, die das atmosphärische Leuchten von Luftschauern, die von hochenergetischen Photonen (Gammastrahlung) erzeugt werden, auf milliardstel Sekunden schnelle Kameras fokussieren. Theoretisches Wissen Von der Beschleunigung energiereicher Teilchen im Universum bis zur Erforschung dunkler Materie – ungelöste Fragen der theoretischen Astroteilchenphysik beschäftigen eine Forschergruppe, die sowohl am DESY als auch an der Universität Potsdam beheimatet ist. Die theoretischen Untersuchungen liefern den wichtigen Hintergrund für die wissenschaftlichen Arbeiten der Experimentalphysiker. Multi-Messenger Die vollständige Landkarte des Hochenergie-Himmels wird sich erst erschließen, wenn wir alle Informationen, die der Kosmos liefert, konsequent ausnutzen. Die möglichen Botenteilchen (engl. Messenger) aus dem All sind die Gammastrahlung, Neutrinos, geladene kosmische Teilchen und in Zukunft vielleicht auch Gravitationswellen. Dem Prinzip der MultiMessenger-Astronomie folgend setzen auch die DESY-Forscher auf mehrere dieser Himmelsboten. GRENZ GÄNGEª Theoretische Astroteilchenphysik stößt vor Aktivitäten in Zeuthen Kosmische Strahlung Magnetfelder Turbulente Strömung Am DESY modellieren Wissenschaftler interdisziplinär die Prozesse, die in den gewaltigen natürlichen Teilchenbeschleunigern des Universums einzelnen Elementarteilchen riesige Energiemengen zuführen und damit kosmische Strahlung erzeugen. Der Ursprung der kosmischen Strahlung und ihre Entstehungsprozesse gehören zu den wichtigsten und zugleich schwierigsten Fragen der Physik des Universums. Die natürlichen Beschleuniger geben einzelnen Teilchen von der Größe eines Atomkerns die Energie eines kräftig geschlagenen Golfballs. Wie funktioniert das? Wo kommt die Energie her und warum wird sie auf wenige Teilchen konzentriert? Die Theoretische Astroteilchenphysik dringt in die Grenzgebiete unseres Wissens, um Antworten auf diese Fragen zu finden. Zur Verfügung stehen dabei nur die Messungen beispielsweise der Gammastrahlung, die in astrophysikalischen Quellen erzeugt wird. Astrophysikalische Quellen sind oft viele Lichtjahre groß, die physikalischen Prozesse der Teilchenbeschleunigung operieren jedoch auf sehr viel kleineren räumlichen Skalen, etwa eine Lichtsekunde groß und oft noch weniger als das. Dies stellt die theoretische Astroteilchenphysik vor besondere Herausforderungen. Magnetische Felder spielen eine wichtige Rolle, aber wie werde sie erzeugt, und vor allen Dingen, unter welchen Bedingungen? Es zeigt sich, dass die Natur die Energie großräumiger Strömungen ausnutzt, um einzelne Teilchen zu beschleunigen. Störungen in der Strömung spielen dabei eine besondere Rolle. So wie Felsbrocken in einem Gebirgsbach das fließende Wasser in einen wilden Mahlstrom verwandeln, so wird auch im Kosmos das Gas verwirbelt und dadurch magnetisiert. Die Forscher nutzen auch hier Computersimulationen, um diese Prozesse zu verstehen. Die modellierte Anwachsrate Modellierte Helligkeitsverteilung der von elektrischen magnetischen Die Darstellung zeigt, wie sich Gammastrahlung eines Supernova- Wechselfeldern. Umfangreiche Magnetfelder (oben) und die Dichten restes in der vom Vorgängerstern Computersimulationen sind notwendig, zweier Gaskomponenten einstellen erzeugten Blase heißen Gases. um der Natur Antworten zu entlocken. können. Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft GEISTER TEILCHENª Jamie Yang/NSF Nachweis kosmischer Neutrinos am Südpol mit IceCube Neutrinos IceCube 50 Meter Sie wurden 1930 von W. Pauli „erfunden“, um die Energieerhaltung beim Kernzerfall (β-Zerfall) zu gewährleisten. Erst 1956 gelang der experimentelle Nachweis dieser Geisterteilchen an einem Kernreaktor. Inzwischen hat man drei Neutrinoarten entdeckt, νe, νμ, ντ, die mit den drei Leptonen Elektron, Myon und Tauon jeweils eine Familie bilden. Da Neutrinos nur schwach mit Materie wechselwirken, sind sie extrem schwer nachzuweisen. Sie können ohne „anzustoßen“ die Sonne oder die Erde durchfliegen. Um wenigstens einige einzufangen, benötigt man ein großes Nachweisvolumen. Für das Neutrinoteleskop IceCube wurde ein Volumen von 1 km³ des antarktischen Eises mit optischen Sensoren bestückt. Der Neutrinonachweis erfolgt dabei indirekt. Wenn ein Myon-Neutrino in der Nähe des Detektors auf ein Proton eines Eismoleküls trifft, dann kann ein Myon entstehen, das die Flugrichtung und einen großen Teil der Energie des Neutrinos beibehält. Es bewegt sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch das glasklare Eis und strahlt dabei Cherenkov-Licht ab, das von den Lichtsensoren registriert wird. Mit dieser Information lassen sich Richtung und Energie des Myons und damit auch des Neutrinos registrieren. 1450 Meter Eiffelturm 324 Meter 2450 Meter Unten: Blick auf die SüdpolDer IceCube-Detektor Wegen der extremen Entfernung zu ihren Quellen kommen nur sehr wenig hochenergetische Neutrinos auf der Erde an. Darum erfordert ihr Nachweis gigantische Detektoren. station im antarktischen Sommer IceCube wird ergänzt durch die IceTopTanks an der Eisoberfläche. Mit ihnen werden Teilchenschauer gemessen, die durch hochenergetische Kernteilchen in der Atmosphäre erzeugt wurden. 60° 30° 0° Richtungsverteilung von ca. 100 000 Neutrinos, die mit dem teilinstallierten IceCube-Detektor im Jahr 2010 registriert wurden. Das Bild zeigt den Nordhimmel, den IceCube „durch die Erde hindurch“ sieht. Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Freija Descamps/NSF 24 h Mehr Informationen zu IceCube: http://icecube.wisc.edu KOSMISCHE BESCHLEUNIGERª ESA/NASA/the AVO project/Paolo Padovani Gebündeltes Wissen der Gammastrahlen-Astronomie Ultimative Beschleunigung Kosmisches Puzzlespiel Gammastrahlen machen Teilchenbeschleuniger in unserem Universum sichtbar. Diese Strahlungsquellen produzieren kosmische Teilchen (Elektronen und Atomkerne) mit weitaus höheren Energien, als es mit irdisch realisierten Beschleunigern, wie dem LHC, möglich ist. Nur in einigen wenigen extremen Objekten im Universum herrschen die richtigen Bedingungen: In Explosionsschockwellen von explodierten Sternen, Magnetfeldern schnell rotierender Neutronensterne oder in sogenannten „Jets” in der Umgebung Schwarzer Löcher. Bei der Wechselwirkung der beschleunigten Teilchen mit ihrer Umgebung entsteht Gammastrahlung, die uns direkt auf die Beschleunigungsprozesse rückschließen lässt. Jede verstandene Strahlungsquelle liefert ein Bauteil zum Puzzle des gesamten Universums und seines Energiehaushaltes. Rotierendes Magnetfeld Überrest einer Sternexplosion eines Neutronensterns in Gammastrahlen Die Atmosphäre als Gamma-Detektor Alle Augen auf CTA Hochenergetische Gammastrahlen sind sehr selten – selbst die stärksten Quellen senden uns pro Quadratmeter Detektorfläche nur wenige Gamma-Lichtteilchen pro Jahr. Anstatt die Gammas selbst zu fangen, ist es daher effektiver zu beobachten, wie Gammastrahlen in der oberen Atmosphäre in kleinen, kurzen Lichtblitzen absorbiert werden. Dadurch kann man permanent eine Fläche von 100 000 m² beobachten und GammaAstronomie betreiben. DESY ist mittlerweile an allen bodengebundenen Gammastrahlen-Teleskopsystemen beteiligt, die momentan in Betrieb sind – MAGIC, H.E.S.S. und VERITAS. Damit ist DESY für das zukünftige Cherenkov Telescope Array CTA ideal aufgestellt. Zusätzlich sind auch Analysten des Weltraum-Gammateleskops FERMI am DESY. Eine Theoriegruppe arbeitet zudem speziell am theoretischen Verständnis des Gammastrahlenhimmels. Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Gammastrahlen Luftschauer Cherenkov-Licht EINHUNDERT AUGENª DESY/Milde Science Comm./Exozet Das Cherenkov Telescope Array CTA – die Zukunft der Gamma-Astronomie Hochenergetische Gammastrahlung Eintausend neue Quellen Wenn hochenergetische Gammastrahlung auf die Erdatmosphäre trifft, entsteht ein Luftschauer aus Elektronen, Positronen und Photonen. Astrophysiker aus aller Welt planen ein neues, wesentlich sensitiveres Instrument: das Cherenkov Telescope Array CTA. Damit sollen etwa 50 – 100 Teleskope unterschiedlicher Größe auf einer Fläche von mehr als 1 km2 installiert werden. CTA wird mit der angestrebten Winkelauflösung das erste Instrument sein, das es erlaubt, Strukturen von wenigen Lichtjahren Größe zu erkennen. Damit werden wesentliche neue Informationen zu Ort Die geladenen Teilchen senden schwache Cherenkov-Lichtblitze aus, die nur wenige Nanosekunden lang sind. In dunklen Nächten können die Spiegel großer Teleskope dieses Licht auf hochempfindliche Kameras bündeln. Mit mehreren Teleskopen lässt sich die Richtung der Gammastrahlung und damit die Position der Quelle rekonstruieren. Auch die Energie und die Art des Primärteilchens kann gemessen werden. Der große Erfolg der derzeitigen GammaTeleskope zeigt, welches Potential in dem jungen Feld der Astroteilchenphysik mit hochenergetischen Gammastrahlen steckt. Eine Vielzahl von galaktischen und extragalaktischen Gammaquellen wurde entdeckt, die den gegenwärtigen Erkenntnisstand über die Funktionsweise kosmischer Beschleuniger wesentlich erweitert haben. DesignHerausforderungen und Physik der Beschleunigung der kosmischen Strahlung gewonnen. Es wird erwartet, dass mit CTA mehr als 1000 neue Quellen von TeV-Gammastrahlen entdeckt werden – das ist zehnmal mehr als mit den existierenden Teleskopen messbar ist. Um den gesamten Himmel beobachten zu können sollen Arrays auf der Süd- und auf der Nordhalbkugel installiert werden. H.E.S.S. Mehr Informationen zu CTA: http://www.cta-observatory.org Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft º Zehnfach höhere Sensitivität º Erweiterung des Messbereiches zu größeren und kleineren Energien º Dreifach höhere Winkelauflösung º Neuartige Beobachtungsmöglichkeiten º Optimierung für Zuverlässigkeit und ferngesteuerten Betrieb Der MST-Prototyp CTA Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Im Gegensatz zu den bereits existierenden Teleskopen werden wesentliche Verbesserungen angestrebt: Kosmische Quellen im zentralen Teil der galaktischen Ebene, die gegenwärtig mit den H.E.S.S.-Teleskopen beobachtet werden können. Dazu im Vergleich die möglichen Beobachtungen mit CTA. Die Entwicklung kostengünstiger Hochleistungskomponenten für CTA stellt eine technische Herausforderung dar sowohl im Hinblick auf die Quantität aber auch die Qualitätsanforderungen. DESY-Forscher haben einen mechanischen Prototyp eines mittelgroßen CTA-Teleskopes in voller Größe in Berlin-Adlershof errichtet. Hier werden Wissenschaftler und Ingenieure den Aufbau, die Genauigkeit sowie das Antriebs- und Sicherheitssystem prüfen und optimieren. TEILCHEN NEBELª Gammastrahlen-Astronomie mit den H.E.S.S.-Teleskopen Teilchennebel Pulsare beschleunigen Teilchen, die sich über viele tausend Jahre in ihrer „näheren” Umgebung ansammeln – es entstehen mehrere Lichtjahre (10 Billionen Kilometer) große Pulsarwind-Nebel. Ihre Erscheinung am Himmel kann deshalb mehrere Monddurchmesser umspannen – sie sind so ausgedehnt jedoch nur in Gammastrahlen sichtbar. Dec (deg) Wenn schwere Sterne am Ende ihres Lebens in einer Supernova-Explosion kollabieren, hinterlassen sie oft ein extrem dichtes Objekt – einen Pulsar. Pulsare sind nur etwa 20 km groß, aber dennoch etwas schwerer als die gesamte Sonne. Sie drehen sich regelmäßig viele Male pro Sekunde um ihre eigene Achse und beschleunigen mit ihrem Magnetfeld Elementarteilchen – ein kosmischer Teilchenbeschleuniger! Die H.E.S.S.Teleskope in Namibia Im inneren Bereich unserer Galaxie, der Milchstraße, befinden sich viele Pulsarwind-Nebel. Von der Südhemisphäre aus lässt sich die Milchstraße am besten beobachten. Das H.E.S.S.-Teleskop im KhomasHochland in Namibia ist das einzige Gammastrahlen-Teleskopsystem der Südhemisphäre und das einzige, das zwei verschiedene Teleskopgrößen verwendet. Das riesige H.E.S.S.-II-Teleskop ist darüber hinaus das größte Gammastrahlen-Teleskop weltweit. Es wiegt 580 Tonnen und ist über 30 Meter hoch. 58.8 58.9 Aktivitäten in Zeuthen Wir arbeiten am alltäglichen Betrieb der H.E.S.S.-Teleskope und der Analyse ihrer Daten. Wir bearbeiten speziell das Thema der Pulsarwind-Nebel und versuchen zu verstehen, was genau in ihrer Umgebung passiert und wie sich solche riesigen Nebel entwickeln. 60 Excess (a.u.) Rotierende Energiebündel Links: Gammastrahlen-Pulsarwind-Nebel HESS MSH 1552 H.E.S.S. J1825-137 im Größenvergleich zum Mond 50 Mitte: Pulsarwind-Nebel im Röntgenlicht (Krebsnebel) Rechts: Pulsarwindnebel MSH 15-52 in Gammastrahlen 59 40 gemessen 59.1 Röntgenlicht (weiße Konturen) 30 59.2 20 59.3 59.4 10 0 15h16m Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Mehr Informationen zu H.E.S.S.: www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS 59.5 Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik mit H.E.S.S. (farbig), und zum Vergleich im 15h14m 15h12m RA (hours) MIKRO QUASARª ESO Die VERITAS-Teleskope untersuchen die Beschleunigung von Teilchen zu extrem hohen Energien Schwarze Löcher als Teilchenbeschleuniger Die VERITAS-Teleskope in Arizona Aktive Galaxien und Mikroquasare Im Universum beobachten wir astrophysikalische Quellen mit faszinierenden Eigenschaften. Dazu zählen fast unvorstellbar intensive Ausbrüche elektromagnetischer Strahlung, wie sie in der Umgebung von schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien und in Doppelsternsystemen auftreten. In der Umgebung dieser Schwarzen Löcher können gebündelte Ströme von Materie und Energie, sogenannte Jets, entstehen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Beobachtungen haben gezeigt, dass sie Quellen außergewöhnlich energiereicher Gammastrahlung sind. Hochenergetische Gammastrahlung von astrophysikalischen Quellen wird mit bodengebundenen Teleskopen wie dem VERITAS-System in Arizona beobachtet. Dabei messen vier 12-m-große Teleskope, ausgestattet mit ultraschnellen Kameras, die Wechselwirkung der Gammastrahlung mit der Atmosphäre. Daraus leiten sich die Richtung und Energie der einfallenden Photonen ab. Viele Sterne finden sich in Doppelsternsysteme, in denen zwei Sterne ähnlich wie Erde und Mond um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen. Doppelsterne in denen eines der Objekte ein schwarzes Loch ist nennt man Mikroquasare. Einfallendes Gas bildet eine rotierende Scheibe um das wenige Sonnenmassen schwere schwarze Loch. Dabei können in einem wenig verstandenen Prozess Jets aus hoch energetischen Teilchen und Strahlung entstehen. VERITAS arbeitet im Verbund mit vielen anderen Teleskopen, wie Röntgensatelliten und optischen und Radioteleskopen. Im Zentrum vieler Galaxien findet sich ein schwarzes Loch mit milliardenfach größerer Masse als in Mikroquasaren. Auch hier werden hochenergetische Jets beobachtet, die oftmals vielfach größer als die Galaxie sind. Galaxien mit Jets werden Aktive Galaxien genannt. Oben: Die Aktive Galaxie Centaurus A. In ihrem Zentrum befinden sich ein 55 Millionen Sonnenmassen schweres schwarzes Loch. Mehr Informationen zu VERITAS: https://veritas.sao.arizona.edu Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft NASA/CXC/M.Weiss Rechts: Illustration eines Doppelsternsystems Wie beschleunigen Jets Teilchen zu extremen Energien? Wie entstehen überhaupt Jets in der Umgebung von schwarzen Löchern? Das sind die grundlegenden Fragen, denen die VERITASGruppe bei DESY durch Beobachtungen mit den VERITAS-Teleskopen nachgeht. AKTIVE GALAXIENª Robert Wagner/MPI für Physik München Was passiert im Kern? Eine Suche nach Antworten mit MAGIC Die MAGIC-Teleskope 100 Facetten Das MAGIC-Experiment besteht aus zwei Teleskopen, die auf der Insel La Palma in den Kanaren stehen. Sie sind die schnellsten Teleskope weltweit und können sich innerhalb von nur 30 Sekunden um ihre eigene Achse drehen und auf eine Quelle ausrichten. Somit können auch sehr kurze Phänomene von wenigen Minuten erfolgreich beobachtet werden. AGNs werden in zahlreiche Untergruppen eingestuft, wie etwa Blazar, Seyfertgalaxien oder Radio Galaxie, je nachdem aus welcher Richtung man auf sie schaut. Die beobachteten Eigenschaften unterscheiden sich je nach Gruppe stark. So senden Blazare als einzige Untergruppe keine infrarote Strahlung aus, während bei Seyfertgalaxien des ersten Typs keine Jets zu sehen sind. Der helle Kern Die Verteilung der AGNs am Himmel Ein Active Galactic Nucleus (AGN) ist das Zentrum einer aktiven Galaxie. Es besteht aus einem super-massereichen schwarzen Loch um den sich eine Akkretionsscheibe bildet, die dem schwarzen Loch ständig Materie zuführt. Senkrecht dazu steht ein Jet, der große Mengen an Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit herausschleudert. AGNs sind mit die hellsten Objekten am Himmel und obwohl sie punktförmig erscheinen, können sie so groß sein wie unser Sonnensystem! Blazar Man schaut direkt in den Jet Kooperationen Quasar Man schaut schräg auf den Jet ESO/M. Kornmesser Radio Galaxie Man schaut senkrecht zum Jet auf den AGN Ein Active Galactic Nucleus (AGN) Ein Teleskop alleine kann nicht alle Fragen beantworten, insbesondere nicht bei aktiven Galaxien. Daher gibt es weitreichende Kooperationen zwischen verschiedenen Experimenten um Antworten zu finden: Bei MultiWaveLength-Kampagnen arbeiten wir eng mit optischen, Radio- und RöntgenTeleskopen zusammen, um das gesamte Energiespektrum der ankommenden Gammastrahlen abzudecken. Der Neutrino-Trigger von IceCube teilt uns die Entdeckung einer Quelle und ihre Position mit. So können wir nach unterschiedlicher Materie von einer einzelnen Quelle zu suchen. Aktivitäten in Zeuthen Jeder in der Kollaboration ist einen Monat pro Jahr vor Ort in La Palma bei der Datennahme. Der Rest des Jahres besteht aus Datenanalyse und Modellierung verschiedener astrophysikalischer Objekte. Die Themenvielfalt ist groß – ein Schwerpunkt liegt in der Analyse und Modellierung von AGNs. von MAGIC entdeckte AGNs bekannte AGNs MAGIC-Blickfeld Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Mehr Informationen zu MAGIC: http://magic.mppmu.mpg.de KOSMISCHE STRAHLUNGª NASA E/PO, Sonoma State University, Aurore Simonnet Fermi auf der Suche nach Ursprung, Ausbreitung und Natur der kosmischen Strahlung in unserer Milchstraße Fermi LAT Die Kosmische Strahlung wurde 1912 von dem österreichischen Physiker Victor Franz Hess entdeckt. Dafür erhielt er 1936 den Nobelpreis. Er stellte schnell fest, dass die beobachtete Strahlung durch energetische Teilchen aus dem Weltraum verursacht werden muss. Hundert Jahre später wissen wir sehr viel mehr über diese Strahlung aus dem Weltraum, trotzdem gibt sie uns immer noch viele Rätsel auf. Die Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen, Atomkernen und Elektronen. Diese Teilchen erreichen dabei Energien die zehn Milliarden mal höher sind als die Protonen die wir auf der Erde mit Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider am CERN in Genf erreichen können. Die Gesamtenergie die in der kosmischen Strahlung in unserer Milchstraße steckt ist enorm. Die Strahlung heizt und ionisiert das interstellare Gas und spielt eine Rolle bei der Sternentstehung. Daher ist das Studium von Herkunft, Natur und der Verbreitung der kosmischen Strahlung in unserer Galaxie essentiell, um die Entwicklung der Milchstraße zu verstehen. Das Fermi Large Area Telescope LAT ist ein Teleskop für Gammastrahlung im Bereich von einigen GeV. Solche Gammastrahlung ist Licht, das Milliarden Mal energetischer ist als das Sonnenlicht. Die Strahlung kann die Atmosphäre nicht durchdringen und produziert auch noch keine Luftschauer, die groß genug sind, um sie von der Erde aus mit CherenkovTeleskopen wie CTA zu beobachten. Man benötigt daher Satelliten für die Beobachtung. Fermi LAT ist das momentan leistungsfähigste Gammastrahlungsteleskop und wurde 2008 von der NASA in Cape Canaveral an Bord einer Delta-II-Rakete gestartet. Seitdem umkreist es auf einer Höhe von ca. 550 km die Erde und registriert Gammastrahlung die auf dem Teleskop auftrifft. Das LAT beobachtet zu jedem Zeitpunkt ca. 20 % des Himmels und erstellt ca. alle drei Stunden ein komplettes Bild des Himmels im Gammalicht. Deutsches Elektronen-Synchrotron Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Supernova-Überrest IC443 Wo entsteht die kosmische Strahlung? Auch dank der Beobachtungen des Fermi LAT hat man heute Überreste von Sternenexplosionen als die wahrscheinlichsten Kandidaten identifiziert. Wenn ein Stern explodiert setzt er unglaubliche Energien frei und produziert eine Schockwelle in der Teilchen beschleunigt werden. Die Schockwelle der Sternenexplosion breitet sich über Jahrtausende im interstellaren Raum aus und wird dabei mehrere Lichtjahre groß. Man bezeichnet sie allgemein als Supernova-Überreste. Durch Beobachtung der Überreste mit Gammastrahlungsteleskopen kann man nun diagnostizieren wie Teilchen dort beschleunigt werden. Ausbreitung in der Milchstraße Der Himmel in Gammastrahlen wie ihn das Fermi LAT sieht ist rechts gezeigt. Das helle Band in der Mitte ist unsere Milchstraße, die vielen einzelnen Punkte isolierte Gammastrahlungsquellen. Man kann sehen, dass die meiste Gammastrahlung von einem diffusen Leuchten herrührt, welches das Band Mehr Informationen zu Fermi: http://fermi.gsfc.nasa.gov Beschleuniger | Forschung mit Photonen | Teilchenphysik Ursprung in Überresten von Sternenexplosionen Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory Kosmische Strahlung der Milchstraße nachzeichnet. Dieses entsteht wenn die kosmische Strahlung mit dem in der ganzen Milchstraße verteilten Gas wechselwirkt. Durch Studium dieses Leuchtens lernen die Physiker wie sich die kosmische Strahlung in der ganzen Milchstraße verteilt. n Inter / E O D NASA/ Tea T A L nal o i t a m
