HESS-Teleskope erforschen den Hochenergiehimmel


Videocredit und -rechte: Vikas Chander, H.E.S.S.-Arbeitsgemeinschaft; Musik: Emotive Piano von Immersive Music

Beschreibung: Sie sehen aus wie moderne mechanische Dinosaurier, doch sie sind gewaltige schwenkbare Augen, die den Himmel beobachten. Das Observatorium High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) besteht aus vier 12-Meter-Spiegelteleskopen, die ein größeres Teleskop mit einem 28-Meter-Spiegel umgeben. Sie wurden entwickelt, um seltsames Flackern aus blauem Licht – Tscherenkowstrahlung zu erkennen. Diese wird abgestrahlt, wenn geladene Teilchen sich etwas schneller bewegen, als die Lichtgeschwindigkeit in der Luft beträgt. Das Licht wird ausgesendet, 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 manche der energiereichsten Photonen (TeV), die das Universum durchkreuzen. H.E.S.S. ist seit 2003 in Namibia in Betrieb, suchte nach Dunkler Materie und entdeckte mehr als 50 Quellen, die energiereiche Strahlung abstrahlen, darunter Supernovaüberreste und die Zentren von Galaxien, die sehr massereiche Schwarze Löcher enthalten. Die H.E.S.S.-Teleskope wurden letzten September in Zeitrafferabläufen fotografiert. Während sie schwenkten und starrten, zischten gelegentlich Satelliten in der Erdumlaufbahn vor unserer Milchstraße und den Magellanschen Wolken vorbei.

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Tscherenkow-Teleskop bei Sonnenuntergang

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Bildcredit und Bildrechte: Sarah Brands (Universität Amsterdam)

Beschreibung: Am 10. Oktober reflektierte ein neues Teleskop das Licht der untergehenden Sonne. Dieser Schnappschuss zeigt das Observatorium auf dem Roque del Los Muchachos auf der Kanarischen Insel La Palma. Sein segmentierter Spiegel stellt das Bild des schönen Abendhimmels auf den Kopf, oben sind der dunkle Horizont und unten die Farben des Sonnenuntergangs.

Die Spiegelsegmente haben einen Durchmesser von 23 Metern und sind in die offene Struktur des Large Scale Telescope 1 montiert, die als erste Komponente der Tscherenkow-Teleskopanordnung (Cherenkov Telescope Array, CTA) eingeweiht wurde.

Die meisten bodengebundenen Teleskope sind durch die Atmosphäre beeinträchtigt, die Licht weichzeichnet, streut und absorbiert. Doch Tscherenkowteleskope sind so konzipiert, dass sie sehr energiereiche Gammastrahlen aufspüren. Sie brauchen sogar die Atmosphäre für ihre Funktion. Wenn Gammastrahlen auf die obere Atmosphäre treffen, erzeugen sie Luftschauer aus energiereichen Teilchen. Eine große, schnelle Kamera im üblichen Brennpunkt fotografiert die kurzen Blitze im sichtbaren Licht, dem so genannten Tscherenkowlicht, das von den Luftschauerteilchen erzeugt wird. Die Blitze sind ein Hinweis auf den Zeitpunkt der eintreffenden Gammastrahlen sowie ihre Richtung und Energie.

Insgesamt sind für CTA mehr als 100 Tscherenkowteleskope auf der Nord- und Südhalbkugel des Planeten Erde geplant.

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Gammastrahlen und Kometenstaub

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Bildcredit und Bildrechte: Daniel López (El Cielo de Canarias)

Beschreibung: Gammastrahlen und Staub des periodischen Kometen Swift-Tuttle pflügten in der Nacht von 11. auf 12. August durch die Atmosphäre des Planeten Erde. Die Kometenstaubkörnchen schlugen mit etwa 60 Kilometern pro Sekunde ein und erzeugten den bemerkenswert aktiven Perseïden-Meteorstrom dieses Jahres. Das Weitwinkel-Bildkomposit, bei dem die Meteore des Stroms ausgerichtet wurden, zeigt einen Zeitraum von 4,5 Stunden dieser Perseïdennacht. Die im Bild aufleuchtenden Meteorspuren können zum Ursprung des Stroms am Himmel zurückverfolgt werden. Der Radiant in der Milchstraße im Sternbild Perseus zeigt die Richtung zur Bahn des des periodischen Kometen. Kosmische Gammastrahlen, die mit Lichtgeschwindigkeit auf die Erdatmosphäre treffen, erzeugten ebenfalls Schauer – aus energiereichen Teilchen. Wie die Meteorspuren weisen auch sie zu ihrem Ursprung, mithilfe der sogar noch kürzeren Lichtblitze der Teilchen kann man die Richtung des Teilchenstroms am Himmel rekonstruieren, um zum Ursprung der eintreffenden Gammastrahlen zu zeigen. Anders als die Meteore sind die unglaublich schnellen Blitze des Teilchenstroms für das Auge nicht sichtbar. Doch die Hochgeschwindigkeitskameras auf den mehrspiegeligen Schüsseln im Vordergrund können beiden folgen. Die Schüsseln sind MAGIC-Teleskope (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov), sie gehören zu einem erdgebundenen Gammastrahlenobservatorium auf der kanarischen Insel La Palma.

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High Energy Stereoscopic System II

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Bild mit freundlicher Genehmigung von H.E.S.S. Collaboration

Beschreibung: Das größte seiner Art, das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) II-Teleskop, ist im Vordergrund dieses Fotos zu sehen. Es ist waagrecht geneigt und reflektiert die Landschaft der namibischen Wüste verkehrt herum. Sein segmentierter Spiegel hat eine Breite von 24 Metern und ist 32 Meter hoch, das entspricht der Fläche von zwei Tennisplätzen. Nachdem H.E.S.S. II am 26. Juli erstmals in Betrieb genommen wurde, beginnt es nun, das Universum in extremen Energien zu erforschen. Die meisten erdgebundenen Teleskope mit Linsen und Spiegeln werden durch die fürsorgliche, beschützende Atmosphäre der Erde behindert, da diese die Bilder weichzeichnet und Licht absorbiert und streut. Doch das H.E.S.S. II-Teleskop ist ein Tscherenkow-Teleskop, das gebaut wurde, um Gammastrahlen zu beobachten – das sind Photonen mit einer Energie von mehr als 100 Milliarden Mal jener von sichtbarem Licht – tatsächlich braucht es die Atmosphäre für seine Beobachtungen. Wenn Gammastrahlen auf die obere Atmosphäre treffen, erzeugen sie in der Luft Schauer aus hochenergetischen Teilchen. Eine riesige Kamera im Brennpunkt des Spiegels zeichnet detailreich die kurzen Blitze im sichtbaren Licht auf, das sogenannte Tscherenkow-Licht, das durch die Teilchenschauer in der Luft erzeugt wird. Das H.E.S.S. II-Teleskop wird zusammen mit einer Anordnung von vier weiteren 12-Meter-Tscherenkow-Teleskopen arbeiten, um mehrfache stereoskopische Ansichten der Luftschauer zu erhalten, die einen Rückschluss auf die Energien und die Richtungen der eintreffenden kosmischen Gammastrahlen zulassen sollen.

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MAGIC-Sternspuren

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Bildcredit und Bildrechte: Babak Tafreshi (TWAN)

Beschreibung: Farbenprächtige Sternspuren kurven auf dieser surrealen Zeitraffer-Himmelslandschaft, die am Roque de los Muchachos-Observatorium auf der kanarischen Insel La Palma aufgenommen wurde, durch die Nacht. Als Widerspiegelung der täglichen Rotation der Erde um ihre Achse werden die Sternspuren auch von dem Paar der aus mehreren Spiegeln bestehenden MAGIC-Teleskope mit einem Durchmesser von 17 Metern gespiegelt. Das MAGIC- (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) Teleskop selbst soll Gammastrahlen aufspüren – Photonen mit mehr der 100-milliardenfachen Energie von sichtbarem Licht. Wenn die energiereichen Gammastrahlen auf die obere Atmosphäre treffen, erzeugen sie Luftschauer aus energiereichen Teilchen. Eine schnelle Kamera, welche die aus mehreren Spiegeln bestehende Oberfläche überwacht, zeichnet detailreich kurze Blitze im sichtbaren Licht auf, sogenanntes Tscherenkow-Licht, das von den Luftschauer-Teilchen erzeugt wird. Astronomen können dann die sichtbaren Blitze mit kosmischen Quellen, die extreme Gammastrahlen emittieren, in Verbindung bringen.

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