Juli 2012: Weltgrößtes Tscherenkow-Teleskop sieht sein "Erstes Licht"

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The H.E.S.S. telescope array

Das H.E.S.S. Teleskop-Array mit dem neuen H.S.S.S. II-Teleskop im Zentrum. Bild: Clementina Medina, H.E.S.S.-Kollaboration.

Am 26. Juli 2012 ist das H.E.S.S. II-Teleskop in Namibia in Betrieb gegangen. Mit seinem 28-Meter-Spiegel ist H.E.S.S. II das größte jemals gebaute Tscherenkow-Teleskop. Es wird die energiereichsten und extremsten Phänomene im Universum im sehr hochenergetischen Gammalicht beobachten, zusammen mit den vier kleineren (12 Meter) Teleskopen, die schon seit 2004 in Betrieb sind. Das H.E.S.S.-Observatorium (High Energy Stereoscopic System) bleibt damit das Spitzeninstrument der bodengebundenen Gammastrahlen-Astronomie und wird ein tieferes Verständnis bekannter hochenergetischer kosmischer Quellen wie supermassive Schwarzer Löcher, Pulsare und Supernovae, wie auch die Suche nach neuen Klassen von hochenergetischen kosmischen Strahlungsquellen ermöglichen. Auch Physiker des "Erlangen Centre for Astroparticle Physics" (ECAP) und Werkstattmitarbeiter des Physikalischen Instituts der FAU sind am Aufbau und Betrieb des Instruments sowie der Auswertung seiner Daten beteiligt.

Mit einem Gewicht von fast 600 Tonnen und seinem 28-Meter-Spiegel – der Fläche von zwei Tennisplätzen – ist das neue Teleskop, genannt H.E.S.S. II, geradezu gigantisch. Es sah um 0:43 am 26. Juli 2012 sein ‚Erstes Licht‘, hat also seine ersten Bilder von atmosphärischen Teilchenschauern aufgenommen, die von kosmischen Gammastrahlen oder von Kosmischer Strahlung erzeugt werden. Das bedeutet einen weiteren großen Fortschritt für die Erforschung des Südhimmels bei Gammastrahlenenergien. "Das neue Teleskop hat nicht nur die weltweit größte Spiegelfläche derartiger Instrumente, sondern löst auch die Bilder der Teilchenschauer mit beispielloser Detaillierung auf, da es viermal mehr Pixel pro Himmelsfläche hat als die kleineren Teleskope", betont Pascal Vincent von dem französischen Team, das für die Lichtsensor-Einheit ("Kamera") im Fokus des Spiegels verantwortlich ist.

Astrophysiker gehen davon aus, dass Gammastrahlen von natürlichen kosmischen Teilchenbeschleunigern wie supermassiven Schwarzen Löchern, Doppelsternen, Pulsaren, Galaxienhaufen, Supernovae oder vielleicht auch den Relikt-Teilchen aus dem Urknall erzeugt werden. Im Universum gibt es zahlreiche dieser natürlichen kosmischen Beschleuniger. Sie beschleunigen geladene Teilchen wie Elektronen oder Ionen auf weit höhere Energien, als die von Menschen gebauten Teilchenbeschleuniger erreichen. Da hochenergetische Gammastrahlen Sekundärprodukte dieser kosmischen Beschleunigungsprozesse sind, können wir mit Gammastrahlenteleskopen diese hochenergetischen Quellen untersuchen. Heute sind schon über einhundert kosmische Quellen höchstenergetischer Gammastrahlen bekannt. Mit H.E.S.S. II können die Vorgänge in diesen Objekten detaillierter erforscht werden. Man erwartet viele neue Quellen und auch neue Klassen von Quellen zu entdecken. Insbesondere wird H.E.S.S. II den Gammastrahlenhimmel bei Energien im Bereich von einigen zehn Gigaelektronenvolt erkunden – also im wenig erforschten Übergangsbereich zwischen Weltrauminstrumenten und den derzeitigen Teleskopen am Boden, der ein riesiges Potenzial für Entdeckungen bietet.

Wenn Gammastrahlen hoch in der Atmosphäre auf Luftmoleküle treffen, erzeugen sie eine Kaskade von Sekundärteilchen (Teilchenschauer), die von Teleskopen mit ultraschnellen Kameras am Boden registriert werden können, dank der Emission von Tscherenkow-Strahlung in Form bläulicher Lichtblitze. Die für H.E.S.S. II entwickelte Kamera ist in der Lage, diese sehr schwachen Blitze mit einer "Belichtungszeit" von einigen Milliardstel Sekunden, also eine Million mal schneller als eine normale Kamera, aufzunehmen. Die H.E.S.S.-II-Kamera hat die Fläche eines Garagentors, wiegt etwa 3 Tonnen und "schwebt" 36 Meter über dem Spiegel in der Brennebene – bei aufrechter Position auf der Höhe eines 20-stöckigen Gebäudes. Trotz seiner Größe kann das Teleskop doppelt so schnell wie die kleineren Teleskope schwenken, um sofort auf schnelle und kurzzeitige Phänomene wie Gammastrahlenausbrüche irgendwo am Himmel zu reagieren.

Unwrapping of the mirror tiles just installed on the H.S.S.S. II telescope

Entfernen der Schutzfolien von den frisch installierten H.E.S.S. II-Spiegeln. Bild: Clementina Medina, H.E.S.S-Kollaboration.

Die Teleskopstruktur und das Antriebssystem wurden von Ingenieuren in Deutschland und Südafrika entwickelt und in Namibia und Deutschland gebaut. Die 875 sechseckigen Spiegelfacetten, aus denen der riesige Reflektor besteht, wurden in Armenien hergestellt. Die Kamera mit integrierter Elektronik wurde in Frankreich entwickelt und gebaut. Der Bau des neuen H.E.S.S.-II-Teleskops wurde hauptsächlich von deutschen und französischen Institutionen vorangetrieben und finanziert; wesentliche Beiträge kamen aus Österreich, Polen, Südafrika und Schweden.

"Die erfolgreiche Inbetriebnahme des neuen H.E.S.S.-II-Teleskops ist ein großer Schritt voran für die Wissenschaftler von H.E.S.S., die astronomische Forschung insgesamt und für das südliche Afrika als erstklassigen Standort für dieses Gebiet der Astronomie." – so Werner Hofmann, der Sprecher des Projekts – "H.E.S.S. II bahnt auch den Weg zur Realisierung von CTA (Cerenkov Telescope Array), der nächsten Instrumentengeneration mit höchster Priorität bei Astroteilchenphysikern in Europa."

Das H.E.S.S.-Observatorium wird seit fast einem Jahrzehnt von einer Kollaboration betrieben, der mehr als 170 Wissenschaftler aus 32 wissenschaftlichen Institutionen in 12 verschiedenen Ländern angehören: Namibia und Südafrika, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Österreich, Polen, Tschechien, Schweden, Armenien und Australien. Bisher hat die H.E.S.S.-Kollaboration mehr als 100 Artikel in bedeutenden wissenschaftlichen Zeitschriften, darunter die Top-Journale "Nature" und "Science", veröffentlicht.

2006 erhielt H.E.S.S. den Descartes-Preis der Europäischen Kommission – die höchste Auszeichnung für wissenschaftliche Zusammenarbeit – und 2010 den prestigeträchtigen Rossi-Preis der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft. In einer Übersicht über die einflussreichsten Observatorien weltweit kam H.E.S.S. 2006 auf den 10. Platz und damit in die Nähe des Hubble Weltraumteleskops und der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile.

Weitere Informationen: Offizielle Seite des H.E.S.S.-Instrumentes.

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