Eine neue, automatische Kamera durchsucht künftig den Kosmos jede Nacht auf Sternexplosionen, aufflammende Schwarze Löcher und andere kurzlebige, energiereiche Himmelsereignisse. Die „Zwicky Transient Facility“ (ZTF) kann hunderttausende Sterne und Galaxien auf einmal beobachten und dadurch besonders schnell den Nachthimmel durchmustern. Das Observatorium steht in den USA und hat mehrere internationale Partner. Aus Deutschland sind DESY und die Humboldt-Universität zu Berlin beteiligt. Die erste Aufnahme, das sogenannte First Light, zeigt einen Ausschnitt aus dem Sternbild Orion, unter anderem mit dem berühmten Pferdekopfnebel.

Kurzlebige Himmelsereignisse wie Sterne, die in einer Supernova explodieren, sind unter anderem deshalb interessant, weil sie als kosmische Teilchenbeschleuniger wirken, die bei DESY erforscht werden. „Am Nachthimmel ist eine Menge los“, sagt ZTF-Chefwissenschaftler Shrinivas Kulkarni, Professor für Astronomie am California Institute of Technology (Caltech), das bei dem Projekt federführend ist. „Tatsächlich explodiert jede Sekunde irgendwo im Universum eine Supernova. Wir können natürlich nicht alle davon sehen, aber mit ZTF erwarten wir, bis zu zehntausende in der dreijährigen Laufzeit des Projekts zu beobachten.“

Die ZTF ist am Palomar-Observatorium des Caltech installiert. Benannt ist sie nach dem Astrophysiker Fritz Zwicky, der 1925 zum Caltech kam und im Laufe seines Lebens insgesamt 120 Supernovae entdeckt hat. Das ZTF-Teleskop vom Schmidt-Typ hat ein besonders großes Blickfeld von 47 Quadratgrad, das 247 Mal so groß wie der Vollmond am Himmel erscheint. Dank dieses großen Gesichtsfelds, einer extrem empfindlichen Kamera und eines schnellen Teleskopmotors wird das Teleskop alle drei Nächte nahezu den gesamte Himmelskuppel nach kurzlebigen, veränderlichen Ereignissen absuchen.

„Jedes Bild, das die Kamera aufnimmt ist mehr als 24 000 mal 24 000 Pixel groß“, erläutert der ZTF-Projektleiter am Caltech, Richard Dekany. Um so ein Bild in voller Auflösung darzustellen, müssten 72 Ultra-High-Definition-Monitore aneinander gebaut werden. Entwurf und Bau einer Anlage, die Bilder mit solcher Auflösung aufnimmt, war eine technische Herausforderung, insbesondere da die Kamera oben in die relativ schmale Teleskopröhre passen muss. Dazu mussten verschiedene neue Lösungen für technische Anforderungen gefunden werden. So liegt beispielsweise der Kameraverschluss, der normalerweise direkt vor der Kamera installiert ist, bei der ZTF außerhalb des Teleskops und musste daher außergewöhnlich groß gebaut werden. „Mit einer Öffnung von 1,3 Metern Durchmesser haben wir den größten je für astronomische Zwecke gebauten Kameraverschluss konstruiert“, erläutert Marek Kowalski, Leitender Wissenschaftler bei DESY und Professor für Astroteilchenphysik und Kosmologie an der Humboldt-Universität.

Die an der ZTF beteiligten Astronomen erwarten zahlreiche Beobachtungen kurzlebiger kosmischer Phänomene. Bei DESY steht dabei die sogenannte Multi-Messenger-Astronomie im Vordergrund, also die Himmelsbeobachtung mit verschiedenen Botenteilchen. So hoffen die Forscher, die Quellen extrem energiereicher kosmischer Neutrinos zu finden, die das Neutrino-Teleskop IceCube in der Antarktis erstmals 2013 registriert hat. Diese schnellen Elementarteilchen stammen vermutlich aus energiereichen kosmischen Ereignissen, die sich möglicherweise nicht nur im sichtbaren Licht, sondern auch über Gravitationswellen bemerkbar machen könnten.

„Ich bin sehr gespannt auf die ersten ZTF-Beobachtungen der schnell verglimmenden blauen Blitze verschmelzender Neutronensterne oder des längeren Aufflackerns von Supernova-Explosionen massereicher Sterne“, sagt Kowalski. ”Das Licht solcher kosmischen Feuerwerke einzufangen, ermöglicht eine neue Ära der Multi-Messenger-Astronomie, also der Untersuchung astronomischer Objekte mit Licht, Gravitationswellen und Neutrinos.“ Der offizielle Beginn der Beobachtungsprogramms ist für Februar geplant.

Die Zwicky Transient Factory wird zur Hälfte von der National Science Foundation der USA finanziert. Die andere Hälfte kommt von den Partnern, darunter das Weizmann-Institut in Israel, das Oskar-Klein-Zentrum an der Universität Stockholm, die Universität von Maryland, die Universität von Washington, DESY und Humboldt-Universität zu Berlin, das Los Alamos National Laboratory, das TANGO-Konsortium aus Taiwan, die Universität von Wisconsin und das Lawrence Berkeley National Laboratory.



Weitere Informationen:
https://www.ptf.caltech.edu/ztf

ZTF-Video vom Caltech (englisch):
https://www.youtube.com/watch?v=aVhMVwwUwUE