Die HESS-Teleskope erforschen den Hochenergie-Himmel

Videocredit und -rechte: Jeff Dai (TWAN), H.E.S.S. Arbeitsgemeinschaft;
Musik: Ibaotu Katalognummer 1044988 (Mit Genehmigung verwendet)

Sie wirken wie moderne mechanische Dinosaurier, doch es sind gewaltige schwenkbare Augen, die den Himmel beobachten. Das Hochenergie-Stereoskopische System (H.E.S.S.) besteht aus vier reflektierende Spiegelteleskope, jeweils 12 Meter groß, diese sind um ein größeres Teleskope mit einem 28-Meter-Spiegel angeordnet.

Die Teleskope wurden so konzipiert, dass sie ein seltsames Flackern in blauem Licht – sogenannte Tscherenkow-Strahlung – aufspüren können. Diese Strahlung entsteht, wenn sich geladene Teilchen etwas schneller bewegen als die Lichtgeschwindigkeit in der Luft. Dieses Licht wird abgestrahlt, wenn ein Gammastrahl von einer fernen Quelle ein Molekül in der Erdatmosphäre trifft und einen Schauer geladener Teilchen auslöst.

H.E.S.S. ist empfindlich für einige Photonen mit sehr hoher Energie (TeV), die das Universum durchqueren. Das System H.E.S.S. ist seit 2003 in Namibia in Betrieb und sucht nach Dunkler Materie. Bisher entdeckte es mehr als 50 Quellen, die energiereiche Strahlung abgeben, zum Beispiel Supernovaüberreste oder die Zentren von Galaxien, die sehr massereiche Schwarze Löcher enthalten.

Die H.E.S.S.-Teleskope wurden im Juni gefilmt. Die Zeitrafferaufnahmen zeigen, wie sie vor dem Hintergrund der Milchstraße und den Magellanschen Wolken schwenken und starren. Gelegentlich zischt ein Satellit im Erdorbit vorbei.

Im Universum surfen: mit dem APOD-Zufallsgenerator
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Nordlicht über Südeuropa

Über Cáceres in Zentralspanien leuchteten Polarlichter. Im Vordergrund ragt ein Gebäude über den Horizont, dahinter leuchtet der Himmel unten orangefarben und darüber violett.

Bildcredit und Bildrechte: Lorenzo Cordero

Habt ihr in den letzten zwei Nächten ein Polarlicht gesehen? Viele Leute, die nicht im hohen Norden der Erde leben, konnten eines beobachten. Berichte von Polarlichtern in den USA kamen nicht nur aus nördlichen Gegenden wie Alaska, sondern auch aus dem Süden, etwa Texas oder Arizona. Auch über Europa und Asien breitete sich ein riesiges Polarlichtoval aus.

Hier seht ihr ein eindrucksvolles rotes Polarlicht, das letzte Nacht in der Nähe der Stadt Cáceres in Zentralspanien fotografiert wurde. Auch aus Teilen von Südspanien kamen Berichte.

Die Polarlichter waren das Ergebnis eines starken koronalen Massenauswurfs (KMA) vor wenigen Tagen auf der Sonne. Teilchen des KMA durchquerten das innere Sonnensystem und kollidierten mit dem Magnetfeld der Erde. Von dort wanderten Elektronen und Protonen auf spiralförmigen Bahnen entlang der nördlichen Magnetfeldlinien der Erde hinab und kollidierten mit Sauerstoff und Stickstoff in der Erdatmosphäre. So kam es zu malerischen Polarlichtern.

Unsere ungewöhnlich aktive Sonne bietet vielleicht bald wieder eine Gelegenheit, um Nordlichter am Südhimmel zu sehen.

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Bestätigtes Myonen-Taumeln bleibt rätselhaft

Experimente des Brookhaven National Laboratory und des Fermilabs (Bild) sind vielleicht ein Hinweis, dass es virtuelle Teilchen gibt, die außerhalb des Standardmodells liegen.

Bildcredit: Fermilab Nationales Labor; Fotograf: Reidar Hahn

Beschreibung: Wie schnell taumeln Elementarteilchen? Eine überraschende Antwort auf diese scheinbar belanglose Frage kam 2001 vom Brookhaven National Laboratory in New York in den USA. Sie lässt die Vermutung zu, dass das Standardmodell der Teilchenphysik, das in der Physik weithin anerkannt wird, unvollständig ist. Das Ergebnis besagt, dass grundlegende Komponenten des Universums noch nicht entdeckt wurden.

Besonders das Myon wird seit 1999 in einer Serie an Experimenten, die als g-2 (g minus zwei) bekannt sind, wegen seiner relativ starken Taumelbewegung unter die Lupe genommen. Das Myon ist ein Teilchen ähnlich einem schweren Elektron. Experimentiergruppen auf der ganzen Welt versuchten, das Ergebnis von Brookhaven zu bestätigen, und setzte Theoretiker*innen unter Druck, es besser zu verstehen.

Letzte Woche wurde berichtet, dass das bisher empfindlichste Myonen-Taumelexperiment, das am hier abgebildeten nationalen Fermi-Labor (Fermilab) in Illinois durchgeführt wurde, mit dem Ergebnis von Brookhaven übereinstimmte und ebenfalls ein leicht anomales Myonen-Taumeln nachwies.

Die Taumelrate ist sensitiv für ein seltsames Meer virtueller Teilchen, die überall aus dem Nichts auftauchen und wieder verschwinden. Die unerwartete Taumelrate ist vielleicht ein Hinweis, dass dieses Meer virtuelle Teilchen einer Art enthält, die außerhalb des Standardmodells liegt. Alternativ ist es vielleicht ein Hinweis, dass es Fehler in den theoretischen Vorhersageberechnungen gibt. An diesen Prognosen sind typischerweise extrem komplexe Supercomputer beteiligt.

Künftige Durchläufe am Fermilab-g-2-Experiment werden die Präzision weiter erhöhen – und vielleicht auch den statistischen Unterschied zwischen dem Universum, das wir messen, und dem Universum, das wir verstehen.

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Hinweise auf Higgs vom Large Hadron Collider

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Credit und Bildrechte: Maximilien Brice, CERN

Beschreibung: Warum haben Objekte Masse? Um das herauszufinden, hat das europäische CERN den Large Hadron Collider (LHC) gebaut, den mächtigsten Teilchenbeschleuniger, der je von Menschen gebaut wurde. Seit 2008 schmettert der LHC mit noch nie da gewesener Aufprallgeschwindigkeit Protonen gegeneinander. Der LHC erforscht die führende Erklärung, der zufolge die Masse von einfachen Teilchen entsteht, indem sich diese durch ein unsichtbares, aber alles durchdringendes Feld virtueller Higgs-Teilchen bewegen. Falls mit hoher Energie kollidierende Teilchen reale Higgs-Bosonen erzeugen, würde das den Higgs-Mechanismus für die Entstehung von Masse stützen. Letzte Woche meldeten zwei LHC-Gruppen vorläufige Hinweise, dass das Higgs-Boson existieren könnte, bei einer Masse von etwa 120 GeV. Daten von den LHC-Kollisionen werden auch nach Mikro-Schwarzen Löchern und magnetischen Monopolen abgesucht, und es wird auch die Möglichkeit betrachtet, dass jede Art von Elementarteilchen, die wir kennen, ein fast unsichtbares, supersymmetrisches Gegenstück besitzt. Sie können dabei helfen: Das LHC@Home-Projekt ermöglicht jedem Besitzer eines Heimcomputers, den LHC-Wissenschaftlern in archivierten LHC-Daten nach seltsamen Ungeheuern zu suchen. Oben ist eine Person abgebildet, die vor dem gewaltigen ATLAS-Detektor steht, einem von sechs Detektoren, die am LHC angebracht sind.

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Dämmerung am Large Hadron Collider

Siehe Beschreibung. Ein Klick auf das Bild liefert die höchste verfügbare Auflösung.

Credit und Bildrechte: Maximilien Brice, CERN

Beschreibung: Warum haben Objekte Masse? Um das herauszufinden, baute die europäische CERN den Large Hadron Collider (LHC), den größten Teilchenbeschleuniger, der je von Menschen gebaut wurde. Im Mai soll der LHC damit beginnen, Protonen mit noch nie dagewesener Einschlaggeschwindigkeit gegeneinander zu schmettern. Der LHC wird die vorherrschende Meinung untersuchen, wonach Masse aus gewöhnlichen Teilchen entsteht, die sich durch ein unsichtbares, aber alles durchdringendes Feld aus virtuellen Higgs-Teilchen bewegen. Falls sehr energiereiche kollidierende Teilchen echte Higgs-Bosonen erzeugten, würde das den Higgs-Mechanismus für die Entstehung von Masse untermauern. Der LHC wird also nach mikroskopischen Schwarzen Löchern und magnetischen Monopolen suchen sowie die Möglichkeit prüfen, ob jede Art von Elementarteilchen, die wir kennen, einen beinahe unsichtbaren supersymmetrischen Gegenpart hat. Das LHC@Home-Projekt wird jedem, der einen Computer besitzt, ermöglichen, den Wissenschaftlern des LHC beim Durchsuchen der archivierten LHC-Daten nach diesen seltsamen Biestern zu suchen. Oben ist eine Person vor dem riesigen ATLAS-Detektor abgebildet, einem von sechs Detektoren, die an den LHC angeschlossen sind.

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