Читать книгу Perry Rhodan-Paket 61: Mythos (Teil1) - Perry Rhodan - Страница 76

Himmelsforschung mit einer Mülltonne

Was Überlichtgeschwindigkeit mit der Gammastrahlen- und Neutrino-Astronomie zu tun hat

Von Rüdiger Vaas

Im Jahr 1934 sagte der sowjetische Physiker Pawel Tscherenkow voraus, dass Teilchen, die sich in einem Medium wie Luft oder Wasser schneller als das Licht bewegen, eine schwache Strahlung aussenden – dafür erhielt er 1958 den Physik-Nobelpreis. Dieses bläuliche Licht wird ihm zu Ehren als Tscherenkow-Strahlung bezeichnet. Es ist zuweilen sogar mit bloßem Auge sichtbar: beispielsweise in Abklingbecken von Kernreaktoren, ausgelöst von der Radioaktivität nuklearer Brennstäbe.

Das einem Überschallknall vergleichbare Phänomen widerspricht nicht Albert Einsteins Spezieller Relativitätstheorie, wonach sich Materie nie überlichtschnell bewegen kann. Denn deren Grenzgeschwindigkeit bezieht sich auf die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (knapp 300.000 Kilometer pro Sekunde) – in Materie ist Licht langsamer und lässt sich deshalb sogar überholen, etwa von rasanten Elektronen.

Improvisierte Initiation: Mit diesem Spiegel in einem Mülleimer begann 1952 die Tscherenkow-Astronomie. [CERN Courier, G. Hallewell]

Tscherenkow-Strahlung entsteht auch in der Erdatmosphäre, ausgelöst durch Partikel der Kosmischen Strahlung sowie durch Gammaquanten, die millionenfach energiereicher als sichtbares Licht sind. Treffen sie einen Atomkern in der Luft, entsteht eine Kaskade Tausender von Sekundärteilchen, die Tscherenkow-Strahlung emittieren können.

Warum es nachts nie ganz dunkel ist

Sogar ein kleiner Teil der natürlichen Helligkeit des Nachthimmels stammt von solchen bläulichen Lichtblitzen, sagte der Physik-Nobelpreisträger Patrick Blackett im Jahr 1947 vorher. Daraufhin begannen William Galbraith und John Jelley, dies zu überprüfen: Auf einem Feld bei Harwell, einem Dorf in Südengland, stellten die beiden jungen britischen Physiker im September 1952 eine innen schwarz angemalte Mülltonne auf. Darin hatten sie einen 25-Zentimeter-Parabolspiegel eingebaut sowie eine Röhre, die das einfallende Licht verstärken sollte. Tatsächlich maßen sie ultrakurze Blitze im Minuten-Takt. Dass die Tscherenkow-Strahlung immer dann aufleuchtete, wenn auch geladene Teilchen aus dem All eintrafen, wiesen die Physiker mit angeschlossenen Geiger-Müller-Zählern nach. Die Lichtblitze haben also letztlich eine außerirdische Ursache.

Allerdings war es noch ein weiter Weg von der geschwärzten Mülltonne bis zu den abbildenden Gammastrahlen-Teleskopen. Das erste Tscherenkow-Teleskop baute Trevor Weekes nach jahrelanger Entwicklungsarbeit zusammen mit einigen Kollegen am Whipple-Observatorium auf dem Mount Hopkins in Arizona. Sein Zehnmeterspiegel bestand aus zahlreichen Segmenten – bis heute ist das die Grundlage dieses Teleskop-Typs. Doch es dauerte weitere drei Jahre, bis Weekes 1989 erstmals Gammastrahlung maß: vom Krebs-Nebel im Sternbild Stier, der aus einer 1054 beobachteten Supernova hervorging – eine junge und mit 7000 Lichtjahren Distanz nahe Quelle, von der Theoretiker schon länger starke Gammastrahlung erwartet hatten. Sie stammt von dem kollabierten Sternkern, einem Pulsar, den dann das MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes) 2008 erstmals mittels der atmosphärischen Tscherenkow-Strahlung abbildete.

Afrikanische Rekordastronomie: Das größte Observatorium für Tscherenkow-Strahlung ist zurzeit H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) in Namibia. Es wurde unter führender Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg errichtet. Seit 2003 spähen vier 13-Meter-Spiegel in den Himmel, 2012 kam noch ein 28-Meter-Teleskop dazu. H.E.S.S hat in fast 3000 Beobachtungsstunden über 80 Gamma-Quellen entdeckt – mehr als alle anderen Tscherenkow-Teleskope zusammen. [H.E.S.S. Collab., C. Medina]

Die bläulichen Blitze sind auch das Licht der Erkenntnis für den IceCube-Detektor am Südpol. Doch werden sie im unterirdischen Eis der Antarktis von energiereichen Neutrinos und anderen Partikeln ausgelöst und nicht von Spiegeln gemessen, sondern von speziellen Lichtsensoren, die bis zu 2,5 Kilometer tief ins Eis versenkt worden sind. Weil aber die Flugrichtungen eines Neutrinos, seines Sekundärteilchens und der Tscherenkow-Strahlung nahezu identisch sind, können die Wissenschaftler ungefähr die Position am Himmel errechnen, aus der das Neutrino stammt. Allerdings ist die Ungenauigkeit so groß, dass eine Identifikation der Quelle aus den IceCube-Daten allein nicht möglich ist.