II. Wissenschaftliche Vorträge

Werner Hofmann
„Die Galaxie in einem neuen Licht:
Astronomie mit Gammastrahlen"
Sitzung der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse am 24. Oktober 2014
Astronomie mit Hochenergie-Gammastrahlung
In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Astronomie einen neuen Wellenlängen-
bereich hinzugewonnen: die bodengebundene Gamma-Astronomie beobachtet
das Universum im Licht hochenergetischer (VHE, very high energy) Gamma-
Strahlen, bei Quantenenergien im Tera-Elektronenvolt-Bereich (1012 e.V), etwa
1000 Milliarden mal höher als die Energien der Quanten des sichtbaren Lichts.
Die erste Quelle solcher Strahlung wurde 1989 mit dem amerikanischen
Whipple-Teleskop entdeckt: der Krebs-Nebel, Überrest einer Supernova-Explo-
sion im Jahr 1054. Gamma-Strahlung im Tera-Elektronenvolt-Bereich zeigt uns
einen neuen Aspekt des Kosmos: das „nicht-thermische Universum“. Normales
sichtbares Licht wie auch die Strahlung in einem weiten Bereich des 70 Oktaven
umfassenden Spektrums elektromagnetischer Strahlung aus dem Kosmos wird
von heißen Körpern im Universum abgestrahlt. Die charakteristische Energie sol-
cher Strahlung entspricht der Temperatur des strahlenden Körpers; so emittieren
heiße blaue Sterne kurzwelligeres, d. h. höherenergetisches Licht als rote Sterne.
Nun zeigt aber VHE Gamma-Strahlung zum einen keine charakteristischen Ener-
gien, sondern erstreckt sich über einen sehr breiten Spektralbereich, zum anderen
kann man sich keine Objekte im Universum vorstellen, die heiß genug wären, um
direkt Gamma-Strahlung zu emittieren. Statt dessen nimmt man an, dass Gamma-
Strahlung in und um kosmische Teilchenbeschleuniger erzeugt werden, welche
Elementarteilchen auf extrem hohe Energien beschleunigen - weit über denen
irdischer Teilchenbeschleuniger, wie sie z. B. am CERN stehen. Gamma-Strahlen
sind Sekundärprodukte, die entstehen, wenn diese Teilchen mit Materie - dem
interstellaren Gas - oder Strahlung - z. B. normalem Sternenlicht - in der Um-
gebung des Beschleunigers kollidieren. Mit VHE Gamma-Strahlung kann man
daher kosmische Teilchenbeschleuniger sichtbar machen und studieren; die Funk-
tion dieser Beschleuniger wie auch ihr Einfluss auf die Entwicklung des Kosmos
und seiner Galaxien ist nur unvollständig verstanden.
Die atmosphärische Cherenkov-Technik
Der Durchbruch dieses jungen Bereichs der Astronomie wurde durch eine neue
Nachweistechnik ermöglicht: die abbildende atmosphärische Cherenkov Tech-
nik. Ein hochenergetisches Gamma-Quant wechselwirkt hoch in der Atmosphä-
re mit Atomkernen der Lufthülle und erzeugt Sekundärteilchen, die wiederum

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