Pierre-Auger-Observatorium
| Teleskop Pierre Auger Observatory | |
|---|---|
| Datei:Pierre Auger Observatory.svg | |
| Typ | Hybrid (Surface + Fluorescence detectors) |
| Standort | Malargüe Provinz Mendoza, Argentinien |
| Höhe | 1330 m–1620 m, Mittel ~1400 m |
| Geografische Koordinaten | 35° 28′ 0″ S, 69° 18′ 41″ W |
| Wellenlänge | 330–380 nm UV (Fluoreszenz Detektor), 1017–1021 eV cosmic rays (Surface detector) |
| Apertur | |
| Inbetriebnahme | 2004–2008 (mit Messungen während des Aufbaus) |
| Besonderheit | Official site |
Das Pierre-Auger-Observatorium ist ein internationales physikalisches Großexperiment zur Untersuchung der kosmischen Strahlung bei höchsten Energien.
Geschichte, Experiment und Aufbau
Blaue radiale Linien: Überwachungsektoren der Fluoreszenzdetektoren (FD, 4×6=24)
Schwarze Punkte: Grundstationen (SD, 1660)
Rote Punkte: Orte mit spezialisiertem Equipment
Das Observatorium wurde 1992 durch den Nobelpreisträger Jim Cronin und Alan Andrew Watson entworfen und nach dem französischen Physiker Pierre Auger, welcher 1938 die ausgedehnten Luftschauer entdeckte, benannt.
Das zu beobachtende Strahlungsfenster liegt im Energiebereich von 1017 eV bis 1020 eV (Elektronenvolt). Die Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen, selten auch schwereren Atomkernen, die beim Auftreffen auf die Erdatmosphäre eine Vielzahl (mehr als 106) anderer Teilchen erzeugen. Diese Kaskade von Teilchen wird als Luftschauer bezeichnet. Da bei Energien über ca. 1014 eV kosmische Strahlung nicht mehr direkt mit Satelliten- oder Ballonexperimenten beobachtbar ist, beobachtet das Pierre-Auger-Observatorium diese Schauer und somit die kosmische Strahlung nur indirekt.
Das Pierre-Auger-Observatorium wurde in der Pampa Amarilla in der Nähe der Kleinstadt Malargüe, Argentinien gebaut und im November 2008 in Anwesenheit von Jim Cronin offiziell eingeweiht. Die Versuchsanlage besteht hauptsächlich aus zwei unabhängigen Detektorsystemen, dem Oberflächendetektor (SD, nach eng. Surface Detector) und dem Fluoreszenzdetektor (FD). Später wurden wurde in einem Teil des Detektorfelds zusätzlich Radioantennen (RD) und Myon-Detektoren (MD) aufgebaut, um für niedrigere Energien die Messgenauigkeit zu erhöhen. Derzeit findet unter dem Namen AugerPrime ein Upgrade des Observatoriums statt, das aus mehreren Verbesserungen besteht, vor allem einer Erhöhung der Messgenauigkeit der Oberflächendetektoren.
Der Oberflächendetektor (SD)
Der Oberflächendetektor besteht aus 1660 Stationen, die in einem Dreiecksmuster mit je 1500 Meter Abstand auf einer Fläche von etwa 3000 km2 auf einer Hochebene ca. 1400 m über Meereshöhe aufgestellt sind.[1] Jede einzelne Station besteht aus einem mit 12 m3 hochreinem Wasser gefüllten Tank, in welchem einfallende Teilchen Tscherenkow-Strahlung erzeugen. Diese wird von drei Photomultipliern im Tankdeckel registriert. Ein Luftschauer erzeugt ein Signal in mehreren Tanks. Aus Stärke und Zeitpunkt der Einzelsignale kann dann auf Energie und Richtung des Primärteilchens geschlossen werden.
Der Fluoreszenzdetektor (FD)
Der Fluoreszenzdetektor besteht aus 27 Teleskopen, die von vier Standorten aus das Feld des Oberflächendetektors überblicken. Mit dem Fluoreszenzdetektor wird durch den Schauer in der Atmosphäre erzeugtes Fluoreszenzlicht registriert. So kann die Entwicklung des Schauers nachvollzogen werden und unabhängig vom Oberflächendetektor auf Eigenschaften des Primärteilchens geschlossen werden.
Das erzeugte Fluoreszenzlicht ist sehr schwach, weshalb der Fluoreszenzdetektor nur während mondloser Nächte betrieben werden kann, welche ca. 13 % der Betriebszeit ausmachen. Diese geringe Betriebsdauer wird jedoch durch eine gegenüber dem Oberflächendetektor deutlich höhere Genauigkeit ausgeglichen.
Der Radiodetektor (RD)
Der Radiodetektor, das Auger Engineering Radio Array (AERA), besteht aus über 150 Antennen-Stationen auf einer Fläche von 17 km². Während zunächst die technische Machbarkeit der Radiotechnik im Vordergrund stand, liegt der Fokus inzwischen auf einer Erhöhung der Messgenauigkeit für Luftschauer durch gemeinsame Auswertung mit den anderen Detektoren.
Der Myondetektor (MD)
Der Myondetektor besteht aus vergrabenen Szinitllations-Teilchendetektoren. Bisher wurden bei 7 SD-Detektoren zusätzliche Myondetektoren installiert, die die Genauigkeit für die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung erhöhen sollen. In den nächsten Jahren, sollen über 20 km² des Oberflächendetektors mit Myondetektoren ausgerüstet werden, und zwar genau dort, wo sich auch die Radioantennen befinden. Denn an dieser Stelle ist der Oberflächendetektor auf 750 m Abstand verdichtet, was eine geringere Energieschwelle von unter 1 EeV ermöglicht.
Die Pierre-Auger-Kollaboration hat beschlossen, 1 % der Daten öffentlich verfügbar zu machen. Auf einer Webseite[2], die täglich aktualisiert wird, können die seit 2004 gesammelten Ereignisse angezeigt werden.
Erste Ergebnisse
Die ersten Beobachtungen der hochenergetischen kosmischen Strahlung oberhalb $ 5{,}6\cdot 10^{19}\,\mathrm {eV} $ zeigen ein gehäuftes Auftreten aus der Richtung der Zentren von aktiven galaktischen Kernen. Es liegt daher nahe, dass sie mit der Energie der Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxien ins All geschleudert werden. Es ergeben sich auch neue Fragen, so wird ein erhöhtes Vorkommen von Myonen gemessen, das nicht in die bisherigen Luftschauer-Modelle passt.
Deutsche Mitglieder des Pierre-Auger-Observatoriums
- RWTH Aachen
- Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
- Universität Hamburg
- Karlsruher Institut für Technologie
- Universität Siegen
- Bergische Universität Wuppertal
Einzelnachweise
Literatur
- Hilmar Schmundt: Jagd nach den Rätselteilchen. in: Der Spiegel. Hamburg 2008,49, 167. ISSN 0038-7452
Weblinks
- Pierre Auger Observatory international (englisch)
- deutsche Seiten des Pierre-Auger-Observatoriums
- lokale Seiten des Pierre-Auger-Observatoriums (spanisch)
- Pierre-Auger-Observatorium bestimmt aktive galaktische Kerne als Quelle der hochenergetischen kosmischen Teilchen
- Öffentlicher Ereignis-Betrachter
- Bericht in der Sendung nano auf 3sat, Januar 2006