Gammastrahlen sind die energiereichsten elektromagnetischen Wellen: Ein Gammaquant kann viele Billionen Mal mehr Energie enthalten als ein Quant des sichtbaren Lichts. Dementsprechend gewaltig sind die Prozesse, bei denen Gammastrahlung im Universum entsteht – wenn in der Umgebung schwarzer Löcher Materieteilchen auf unvorstellbare Energien beschleunigt werden oder Neutronensterne rasant schnell um sich selbst rotieren. Spezialteleskope, die diese Gammastrahlung auffangen, können wertvolle Details über die fernen Gewaltakte liefern.

Das Gammaobservatorium der Zukunft

Bodengestützte Gammateleskope funktionieren wie folgt: Treffen hochenergetische Gammastrahlen auf die Lufthülle der Erde, lösen sie dort eine regelrechte Teilchenlawine aus. Diese wiederum ruft charakteristische blaue Lichtblitze hervor. Riesige Spiegelsysteme fokussieren das atmosphärische Leuchten auf extrem schnelle Kameras. Aus den Messdaten lässt sich dann rekonstruieren, woher ein Gammaquant kam und welche Energie in ihm steckte.

Heutige Gammateleskope bestehen aus maximal fünf Einzelteleskopen. Als erstes bodengestütztes Gammaobservatorium seiner Art soll das CTAO dagegen mehr als 60 einzelne Teleskope umfassen. Um den gesamten Himmel beobachten zu können, sind zwei Standorte geplant, einer auf der Nordhalbkugel mit 13 Teleskopen auf einer Fläche von einem halben Quadratkilometer und einer auf der Südhalbkugel mit 51 Teleskopen auf etwa drei Quadratkilometern. Zusätzlich gibt es zwei weitere Standorte, den Hauptsitz in Bologna, Italien, und das Science Data Management Centre (SDMC) bei DESY in Zeuthen. DESY beherrbergt nicht nur einen der vier Standorte, sondern leistet auch einen wichtigen Beitrag zum CTAO: Das Forschungszentrum ist verantwortlich für Entwicklung und Bau der mittelgroßen Teleskope (MSTs) und der Kameras für die kleinen Teleskope (SSTs) sowie für Software und Computing.

Der Himmel im Licht der Gammastrahlung

Das Universum ist voller natürlicher Teilchenbeschleuniger, etwa Supernova-Explosionen, Doppelsternsysteme oder aktive galaktische Kerne. Das CTAO wird Tausende dieser kosmischen Beschleuniger mit bisher nicht erreichter Empfindlichkeit beobachten. So können die Forschenden entschlüsseln, welche Mechanismen in Millionen Lichtjahren Entfernung Teilchen derart beschleunigt, dass sie solch hochenergetisches Licht erzeugen. Das CTAO wird es erlauben, die räumliche Struktur und zeitliche Veränderung einer Vielzahl von Quellen im Detail zu untersuchen und damit ein vollständiges astronomisches Bild über das gesamte elektromagnetische Spektrum hinweg zu erhalten.

Rätselhafte „dunkle“ Gammastrahlungsquellen, die in keinem anderen Spektralbereich zu sehen sind, könnten den Forschenden wertvolle Hinweise auf den Ursprung der kosmischen Strahlung geben. Darüber hinaus könnte das CTAO Hinweise für die Suche nach dunkler Materie liefern.