Kosmischer Strahlung auf der Spur
Das Pierre-Auger-Observatorium zur Beobachtung kosmischer Strahlung feiert sein 20jähriges Bestehen. Beteiligte Wissenschaftler der Universität Siegen nehmen am Festakt in Argentinien teil.
Es ist eines der größten Rätsel der Astrophysik: Permanent trifft hochenergetische, kosmische Strahlung aus dem Weltall auf die Atmosphäre der Erde. Dabei handelt es sich um elementare Teilchen, die extrem hohe Energien aufweisen – teilweise bis zu einer Million mal mehr Energie, als sich mit den Teilchenbeschleunigern am Cern erreichen lassen. Woher diese Teilchen kommen und wie die Natur es schafft, sie so stark zu beschleunigen, erforschen WissenschaftlerInnen aus aller Welt am vor zwanzig Jahren gegründeten Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien. Auch ForscherInnen der Universität Siegen sind seit vielen Jahren an dem internationalen und weltweit größten Experiment zur Messung kosmischer Strahlung beteiligt. Zum Jubiläum des Observatoriums sind Mitglieder der Siegener Arbeitsgruppen nach Argentinien gereist. Sie nehmen dort am Festakt und an einem wissenschaftlichen Symposium teil.
„Die Arbeit am Pierre-Auger-Observatorium ist absolut faszinierend. Wir beschäftigen uns hier mit kleinsten Teilchen, die 
gleichzeitig die größten Energien des Universums aufweisen. Wo sie entstehen, herrschen die extremsten Bedingungen, die überhaupt vorstellbar sind“, sagt Prof. Dr. Markus Risse vom Department Physik der Uni Siegen. Mit ihren Forschungsergebnissen möchten die internationalen WissenschaftlerInnen letztlich auch zu einem besseren Verständnis der Entstehung des Universums beitragen. Schon die bisherigen Beobachtungen am Observatorium hätten die Erkenntnisse zur kosmischen Strahlung revolutioniert, sagt Risse. Ein Durchbruch gelang den WissenschaftlerInnen 2017 mit dem Nachweis, dass die kosmische Strahlung ihren Ursprung außerhalb der Milchstraße hat, also aus weiter entfernten Galaxien stammt. Woher sie genau kommt, möchten die Forschenden nun mit weiteren und noch genaueren Messungen und Datenanalysen herausfinden.
„Dass die Universität Siegen zusammen mit den deutschen Verbundpartnern RWTH Aachen, Karlsruher Institut für Technologie und den Universitäten Hamburg und Wuppertal an diesem internationalen Großprojekt beteiligt ist, ist eine tolle Leistung unserer Wissenschaftler und eine großartige Chance. Dieses Projekt, das unter anderem auch vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, zeigt die Bedeutung der experimentellen Grundlagenforschung“, sagt Prof. Dr. Peter Haring Bolívar, der als Vertreter des Rektorats zusammen mit den Physikern Prof. Risse und Dr. Marcus Niechciol am Jubiläum des Pierre-Auger-Observatoriums teilnimmt.
Das Observatorium befindet sich in der argentinischen Pampa-Steppe und erstreckt sich über eine Fläche, die fast dreimal so groß ist, wie der Kreis Siegen-Wittgenstein. Dort wurden für die Messungen 1.600 mit Detektoren ausgestattete Wassertanks aufgebaut. Sie können die kosmische Strahlung zwar nicht direkt messen, da sie nicht bis zum Erdboden vordringt – wohl aber die von der Strahlung ausgelösten so genannten „Luftschauer“. „Hoch oben in der Erdatmosphäre stößt die kosmische Strahlung auf Atome. Bei diesen Zusammenstößen entstehen zahlreiche neue Teilchen, die wie ein Schauer auf den Erdboden gelangen. Diese Teilchen lösen in den Wassertanks des Observatoriums kurze Lichtblitze aus und können so von uns detektiert werden“, erklärt Dr. Niechciol. In dunklen Nächten wird der Himmel über dem Gebiet außerdem von 24 Fluoreszenz-Teleskopen beobachtet, die ebenfalls indirekte Lichtsignale der Strahlung registrieren.
Zusammen mit der Arbeitsgruppe von Prof. Risse ist auch das Team seines Kollegen, Prof. Dr. Peter Buchholz, am Pierre-Auger-Observatorium beteiligt. Konkret steuern die Siegener Elektronik für die Wassertank-Detektoren bei. Auch am gerade laufenden Upgrade des Observatoriums wirken sie mit: Jeder der 1.600 Wassertanks wird mit zusätzlichen Detektoren ausgestattet, die noch präzisere Messungen ermöglichen sollen – die Testsysteme für die neue Elektronik des Upgrades wurden in Siegen gebaut.
Ein zweiter Schwerpunkt der Siegener WissenschaftlerInnen liegt in der Analyse und Interpretation der gewonnenen Messdaten. „Dabei untersuchen wir unter anderem, mit welchen Teilchentypen wir es bei der kosmischen Strahlung zu tun haben. Unsere Arbeitsgruppe ist in diesem Zusammenhang führend bei der Suche nach ultrahochenergetischen Photonen. Wenn es uns gelänge, diese zweifelsfrei nachzuweisen, wäre das ein entscheidender Schritt und könnte uns auch bei der Suche nach der Quelle der kosmischen Strahlung helfen“, erklärt Dr. Niechciol, der am Pierre-Auger-Observatorium die zuständige internationale Arbeitsgruppe für dieses Gebiet leitet. Das aktuelle Upgrade verspricht dabei hervorragende Forschungsperspektiven auch für die kommende Dekade. Das diesjährige Jubiläum gibt daher Anlass sowohl für einen Rückblick, als auch für eine Vorschau.
Kontakt:
Prof. Dr. Markus Risse
Tel.: 0271-740 3789
E-Mail: risse@hep.physik.uni-siegen.de
Dr. Marcus Niechciol
Tel.: 0271-740 3717
E-Mail: niechciol@physik.uni-siegen.de
Dr. Marcus Niechciol, Prof. Dr. Peter Haring Bolívar und Prof. Dr. Markus Risse sind zum Festakt des Pierre-Auger-Observatoriums nach Argentinien gereist.