Was vier Riesenspiegel auf der Insel La Palma suchen

La Palma. So manchem Touristen auf der kanarischen Insel La Palma sind sie bereits aufgefallen: vier riesige, aus zahlreichen Facetten bestehende Spiegel, die in den Himmel blicken. In 2.200 Metern Höhe auf dem Gipfelkamm des Roque de los Muchachos sollen sie künftig gemeinsam nach hochenergetischer Gammastrahlung aus fernen Galaxien suchen. In dieser Woche ist die „LST Subarray“ genannten Anlage mit Gästen aus Politik und Wissenschaft offiziell eingeweiht worden.

„Die Fertigstellung des LST-Subarrays ist der Höhepunkt von mehr als 15 Jahren internationaler Zusammenarbeit und technologischer Innovation“, erklärte Masahiro Teshima vom Max-Planck-Institut für Physik. „Diese Teleskope werden es uns ermöglichen, einige der extremsten Umgebungen im Universum zu erforschen, darunter supermassereiche Schwarze Löcher, Neutronensterne, die Ursprünge der kosmischen Strahlung und die Natur der Dunklen Materie.“ 

Fehlalarm enthüllt Strahlung aus dem Weltall

Ein Zufallsfund – genauer: ein Fehlalarm – brachte 1967 Wissenschaftler auf die Spur von kosmischen Gammastrahlen. Mit mehreren Satelliten suchte das amerikanische Militär damals nach Spuren verbotener Atomtests in der Atmosphäre, die sich durch Gammastrahlen verraten würden. Am 2. Juli 1967 registrierten zwei der Satelliten einen starken Gamma-Blitz. Doch die Daten passten nicht zu einer Atombombe: Die Strahlung kam, wie sich zeigte, nicht aus der Atmosphäre, sondern aus dem Weltall. 

Vom Erdboden aus ist die kosmische Gammastrahlung schwierig zu beobachten. Denn wenn Gammastrahlung auf die Moleküle der Atmosphäre trifft, löst sie bereits in 50 Kilometern Höhe einen gewaltigen Schauer aus vielen Millionen elektrisch geladenen Teilchen aus. Diese Elektronen und Positronen sausen weiter nahezu ungebremst mit Lichtgeschwindigkeit durch die Lufthülle der Erde. Dadurch kommt es zu einem seltsamen Phänomen.

Auf der Spur des optischen „Überschallknalls“

Während die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum des Weltalls rund 300.000 Kilometer pro Sekunde beträgt, ist sie in der Luft etwas geringer – auf Meereshöhe um etwa 90 Kilometer pro Sekunde. So bewegen sich die Elektronen und Positronen mit einer höheren Geschwindigkeit als das Licht durch die Atmosphäre. Das führt zu einer Art optischen „Überschallknall“, einem schwachen blauen Leuchten, benannt nach seinem Entdecker Pawel Tscherenkow. Dieses Tscherenkow-Licht versuchen die Astronomen mit ihren großen Spiegeln aufzufangen. 

Die Beobachtung mit mehreren Teleskopen aus unterschiedlichen Blickwinkeln macht es den Forschern möglich, die Energie der ursprünglichen Gammastrahlung und die Richtung, aus der sie gekommen ist, genau zu bestimmen. So können die Wissenschaftler herausfinden, von welchen Objekten die Strahlung kommt und wie sie entstanden ist. Die vier Gamma-Teleskope auf La Palma sind jeweils 23 Meter groß und bestehen aus 198 identischen, sechseckigen Spiegelfacetten. 

Ein Signal aus acht Milliarden Lichtjahren Entfernung

Als Test für das neuartige Baukonzept ging bereits 2018 das erste der Teleskope in Betrieb und erwies sich sofort als sehr erfolgreich. So stellte das Instrument mit dem Nachweis von Gammastrahlung aus einer acht Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie einen neuen Rekord auf. Die jetzt eingeweihte Anlage auf La Palma steht aber nicht allein da. Sie ist der erste Teil des Cherenkov Telescope Array Observatory CTAO, das bis 2030 mit insgesamt 64 Teleskopen zum weltweit größten und empfindlichsten bodengebundenen Observatorium für hochenergetische Gammastrahlung ausgebaut werden soll.

Um den ganzen Himmel beobachten zu können, hat das CTAO neben La Palma einen zweiten Standort in der Atacama-Wüste in Chile. Von dort haben die Forscher auch einen Blick auf das Zentrum unserer Milchstraße, in dem es besonders viele Neutronensterne und Schwarze Löcher gibt, die Gammastrahlen aussenden.