Bildunterschrift: Baikalsee. Bildnachweis: SeaWiFS-Projekt NASA / Goddard Space Flight Center und ORBIMAGE
Im Tunka-Tal in der Nähe des Baikalsees in Sibirien, Russland, wurde gerade mit dem Bau eines Observatoriums begonnen, das nach seiner Fertigstellung aus einer Reihe von bis zu 1.000 Detektoren auf einer Fläche von 100 Quadratkilometern bestehen wird. Aufgrund seiner Größe können Wissenschaftler kosmische Strahlen untersuchen - die Weltraumstrahlung, die von Gammastrahlen und schwereren Kernen emittiert wird -, die auf Energien beschleunigt werden, die höher sind als die im Large Hadron Collider erzielten. Mit dem neuen Observatorium namens HiSCORE (Hundert Quadratkilometer Cosmic ORigin Explorer) hoffen die Wissenschaftler, das Geheimnis der Ursprünge der kosmischen Strahlung zu lösen und möglicherweise auch die Dunkle Materie zu untersuchen
Vor hundert Jahren entdeckte der österreichisch-amerikanische Physiker Victor Hess erstmals, dass Strahlung aus dem Weltraum in die Erdatmosphäre eindringt. Das Problem bestand darin, ihren Ursprung aufzuspüren, da kosmische Strahlen aus geladenen Teilchen bestehen und daher in interstellaren und intergalaktischen Magnetfeldern abgelenkt werden. Die Verwendung einfacher, kostengünstiger Detektorstationen, die mehrere hundert Meter voneinander entfernt sind, ermöglicht die Instrumentierung eines riesigen Bereichs, sodass Wissenschaftler kosmische Strahlen in einem Energiebereich von 100 TeV bis mindestens 1 EeV untersuchen können.
Cherenkov-Detektor vor dem Sternenhimmel. Bild: Tunka-Zusammenarbeit
Kosmische Strahlen können unsere Atmosphäre nicht durchdringen, aber jeder Detektor kann die Strahlung beobachten, die entsteht, wenn kosmische Strahlen auf die obere Erdatmosphäre treffen. Dies führt zu einem Schauer von Sekundärteilchen, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit in der Luft fortbewegen und dabei Cherenkov-Strahlung erzeugen. Dieses Licht ist schwach, kann aber mit empfindlichen Instrumenten wie den Photovervielfacherröhren von HiSCORE auf der Erdoberfläche erfasst werden.
Cherenkov-Strahlung kann verwendet werden, um die Quelle und Intensität kosmischer Strahlen zu bestimmen sowie die Eigenschaften von energiereichen astronomischen Objekten zu untersuchen, die Gammastrahlen wie Supernova-Überreste und Blazare emittieren. Das weite Sichtfeld ermöglicht es HiSCORE auch, ausgedehnte Gammastrahlen emittierende Strukturen wie molekulare Gaswolken, dichte Regionen oder großräumige Strukturen wie sternbildende Regionen oder die galaktische Ebene zu überwachen.
HiSCORE kann auch zum Testen von Theorien über Dunkle Materie verwendet werden. Ein starkes Absorptionsmerkmal wird um 100 TeV erwartet. Die Untersuchung kann Aufschluss über die Absorption von Gammastrahlen in den interstellaren Photonenfeldern und im CMB geben. Wenn die Absorption geringer als erwartet ist, kann dies auf das Vorhandensein versteckter Photonen oder Axionen hinweisen. Auch der Zerfall schwerer supersymmetrischer Partikel könnte durch HiSCORE nachweisbar sein. Die Daten werden sich verbessern, wenn die Einrichtung im Laufe der Jahre wächst. Bis 2013/14 wird die Fläche rund einen Quadratkilometer und bis 2016 über 10 Quadratkilometer betragen.
HiSCORE ist ein Gemeinschaftsprojekt des Instituts für Kernforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau, der Irkutsk State University in Sibirien und der Lomonosov Moscow State University sowie DESY, der Universität Hamburg und dem Karlsruher Institut für Technologie in Deutschland. HiSCORE hofft auch auf eine Zusammenarbeit mit dem Pierre Auger Observatorium in Argentinien.
Weitere Informationen zu HiSCORE finden Sie auf der Website des Projekts
