29. Mai 2009 Roque de los Muchachos heißt der höchste Punkt der Insel La Palma: Turm der Jungs. Und tatsächlich gibt es hier oben, 2200 Meter über dem Atlantik, so manches, was gepflegten Klischees zufolge eher Männern Spaß macht. Das beginnt bei der Anfahrt über gefühlte hundert Haarnadelkurven und entlang an Abgründen, über die man im Geiste schon die brennenden Jeeps im nächsten James-Bond-Film stürzen sieht. Es wäre nicht der erste Bond, für den auf dem Gelände eines astronomischen Observatoriums gedreht würde. In "Quantum of Solace" detonierte das futuristische Gästehaus der Europäischen Südsternwarte auf dem Cerro Paranal in Chile. Und der "Roque" ist so etwas wie dessen nördliches Pendent: Abgesehen vielleicht von Hawaii, ist La Palma der beste Ort, um den nördlichen Sternhimmel zu beobachten.
Daher beherbergt der schroffe Grat einer gewaltigen Vulkanruine im Norden der Insel denn auch gut ein Dutzend Teleskope. Die meisten verbergen sich unter weißen Kuppeln, die sich weithin vom Grün und Braun des hier oben nur noch spärlich bewachsenen Basalts abheben. An einer Stelle aber glitzert blanke Optik in der Sonne und spielt dem Besucher sogleich einen Streich: Einer der beiden riesigen Hohlspiegel ist auf die Zufahrtsstraße gerichtet und stellt sie dem Betrachter samt der Landschaft und dem Himmel auf den Kopf.
Riesig und flink
Magic I und Magic II auf dem Roque de los Muchachos auf La Palma
"Unsere Anforderungen an die Glattheit der Spiegel ist nicht so hoch wie in der optischen Astronomie", sagt Markus Garczarczyk vom Max-Planck-Institut für Physik in München, einer der 24 wissenschaftlichen Einrichtungen aus neun Staaten, welche die Spiegel betreiben. Daher habe man die beiden Reflektoren auch hüllenlos lassen können. Garczarczyk ist der technische Koordinator der beiden "Magic"-Gammastrahlenteleskope. Magic-I ist seit 2004 in Betrieb, Magic-II wurde vor wenigen Wochen eingeweiht. Bei diesem Anlass erhielten sie den Beinamen "Florian-Goebel-Teleskope", nach dem jungen deutschen Physiker, der das Magic-II-Projekt leitete, bis er im September 2008 beim Justieren der Kamera im Fokus des neuen Teleskops zehn Meter in die Tiefe stürzte und starb.
Tatsächlich sind die Konstruktionen riesig. Mit jeweils 17 Metern Durchmesser sind es die weltweit größten Teleskopspiegel überhaupt - und trotzdem sind es zugleich die flinkesten. Jedes der beiden 70 Tonnen schweren Instrumente lässt sich in weniger als 40 Sekunden in jede beliebige Position drehen. Das passiert immer dann, wenn ein auf Gammastrahlen spezialisierter Forschungssatellit in einer vom nächtlichen La Palma aus gerade sichtbaren Himmelsregion einen sogenannten Gamma-Ray-Burst registriert hat: einen Blitz aus der energiereichsten Sorte elektromagnetischer Strahlung überhaupt.
Vermessung der Gammablitze
Durchschnittlich zweimal am Tag flackert irgendwo am Himmel so ein Gammablitz auf, manchmal nur für Sekundenbruchteile, oft auch über mehrere Minuten. Entdeckt wurde diese Erscheinung zuerst 1967 durch die amerikanischen "Vela"-Satelliten, die eigentlich heimliche Atomwaffentests aufspüren sollten. Bald stellte sich heraus, dass die Gammastrahlen nicht von der Erde, sondern aus den Tiefen des Alls kommen: aus bis zu mehrere Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxien. Da sie trotz der gewaltigen Entfernung zu uns dringen, müssen sie mit extremen Ereignissen zusammenhängen, Detonationen, die einen Moment lang die betroffene Galaxie überstrahlen und dabei mehr Energie freisetzen als die Sonne während ihres gesamten, zehn Milliarden Jahre währenden Lebens.
Was genau hinter diesen Ereignissen steckt, ist noch immer weitgehend rätselhaft. Um mehr darüber herauszufinden, muss man vor allem systematisch die Energien der Gammablitze vermessen. Doch die sind teilweise so hoch, dass die meisten Gammateilchen die in ihrer Größe beschränkten Messgeräte der Satelliten unregistriert passieren. Die höherenergetischen "Gammas", wie die Forscher sie nennen, können Satelliten nicht messen. Die beiden Spiegel auf dem Roque de los Muchachos können das sehr viel besser.
Blau leuchtet die Cherenkov-Strahlung
Denn sie haben über sich die Erdatmosphäre. Diese ist normalerweise der natürliche Feind der Astronomen: Sie verschmiert durch ihre Luftunruhe die Bilder der kosmischen Objekte, und bis auf das schmale Frequenzband des sichtbaren Lichts absorbiert sie weite Teile der Strahlung - auch und gerade Gammastrahlung. Dennoch ist die Atmosphäre den Gammaastronomen gerade dadurch zu Diensten: Gammastrahlen sind so energiereich, dass sie beim Zusammenprall mit Luftmolekülen Paare aus geladenen Teilchen entstehen lassen, die in tieferen Atmosphärenschichten ihrerseits weitere Teilchen produzieren.
Es entsteht eine kegelförmige Kaskade aus Sekundärpartikeln, die aber immer noch so viel Energie besitzen, dass sie den Brei aus Luftmolekülen schneller durchdringen als Lichtstrahlen. Es passiert, was im Vakuum unmöglich ist: Die Teilchen durchfliegen die Luft mit Überlichtgeschwindigkeit. Da sie aber elektrische Ladungen tragen und damit auf ihre Umgebung wirken, entsteht etwas, das eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Überschallknall eines Düsenjägers hat. Nur ist es in diesem Fall kein Knall, sondern ein bläulicher Lichtblitz: die sogenannte Cherenkov-Strahlung.
Extrem Anforderungen an die Kameras
Es ist das Licht dieser Blitze, welche die beiden 17-Meter-Spiegel auf dem Roque de los Muchachos auffangen, um daraus Energie und Richtung der ursprünglichen Gammateilchen aus dem Kosmos zu bestimmen - daher ihr Name "Magic", ein Akronym für "Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov". Sie nutzen sozusagen die kilometerdicke Luftschicht über ihnen als einen einzigen riesigen Gammastrahlendetektor.
"Ein menschliches Auge könnte diese Cherenkov-Strahlung niemals sehen", sagt Markus Garczarczyk. "Sie ist äußerst schwach - darum brauchen wir die großen Spiegel." Die Blitze sind aber nicht nur schwach, sondern auch außergewöhnlich kurz, was extreme Anforderungen an die Kameras stellt, die von langen Bügeln in die Brennpunkte der gewölbten Spiegel gehalten werden. "So eine Kamera funktioniert eigentlich wie eine Digitalkamera", sagt Garczarczyks Kollege Markus Gaug. "Der Unterschied ist, dass die Digitalkamera ihr Bild in einer Zehntelsekunde macht und diese hier in einer Milliardstelsekunde. Deswegen kostet sie auch nicht zweihundert Euro, sondern eine Million."
Dabei hat etwa die Kamera von Magic-II gerade mal 1089 Pixel. Jedes besteht aus dem abgerundeten Ende einer fingerdicken Glasröhre, die einen sogenannten Photomultiplier beherbergt, in dem einzelne Cherenkov-Lichtquanten zu einem messbaren Signal verstärkt werden. Diese 1089 hochempfindlichen Pixel reichen dann, um die scharf umgrenzten, länglichen Leuchterscheinungen zu identifizieren, welche die Gammateilchen in etwa zehn Kilometer Höhe auslösen.
Luftschauer durch Protonen
Identifikation, das heißt vor allem: sie von dem Cherenkov-Licht anderer kosmischer Teilchen zu unterscheiden. Denn die Gammas sind nicht die einzigen hochenergetischen Teilchen, die von außen auf die Erdatmosphäre einprasseln. Von der Sonne und aus der Galaxis gesellt sich kosmische Strahlung dazu, die aus geladenen Teilchen besteht. Anders als die elektrisch neutralen Gammas werden sie allerdings durch die diversen Magnetfelder im All abgelenkt und liefern damit oft keine Information mehr über ihren Ursprungsort.
Diese geladene Komponente der kosmischen Strahlung ist für die Gammaastronomen ein ziemliches Ärgernis. Sie besteht zum großen Teil aus Protonen, von denen viele in der Atmosphäre ebenfalls Teilchenkaskaden auslösen. "Man bekommt pro Sekunde vielleicht 1000 Luftschauer durch Protonen, aber nur einen, der von Gammas hervorgerufen wurde - und auch das nur bei einer starken Gamma-Quelle, bei einer schwächeren ist es nur einer von 50 000", sagt Razmik Mirzoyan, der Leiter des Magic-Teams am Münchner Max-Planck-Institut. Viele dieser Teilchen senden aber ebenfalls Cherenkov-Licht aus, und so müssen die Forscher das begehrte Gamma-Signal aus einen immerwährenden Cherenkov-Gewitter herausfischen, was nur gelingt, weil die blauen Blitze je nach auslösender Teilchenkategorie eine andere typische Form haben - und um diese Form zu messen, braucht man ein Teleskop mit einer abbildenden Kamera im Fokus.
Stereoblick auf das Gamma-Universum
Mit dem zweiten Magic-Teleskop, das in 85 Metern Entfernung von dem ersten errichtet wurde, ist nun ein Stereoblick auf das Cherenkov-Leuchten möglich, was die Anlage um das Dreifache empfindlicher macht. Noch mehr Teleskope wären natürlich noch besser. Magics drei Konkurrenz-Projekte - je eines in Namibia, Arizona und Australien - haben denn auch jeweils vier Spiegel, die allerdings alle ein gutes Stück kleiner sind.
Die Magic-Teleskope zeichnen sich aber auch dadurch aus, dass sie Gammastrahlen besonders niedriger Energie nachweisen können. Das klingt zunächst paradox, ist es doch der Vorzug der Cherenkov-Teleskope, besonders hochenergetische Gammas nachweisen zu können. Das ist auch so, allerdings klafft zwischen den Gammaenergien, die ein moderner gammaastronomischer Satellit wie das "Fermi Gamma Ray Space Telescope" der Nasa höchstens nachweisen kann, und den kleinsten Energien, die etwa den vier Cherenkov-Teleskopen des "High Energy Stereoscopic System" (H.E.S.S.) auf dem Gamsberg in Namibia zugänglich sind, ein Faktor tausend. Die sogenannte Schwellenenergie der Magic-Teleskope liegt nun viermal niedriger als die von H.E.S.S. - und macht den Astrophysikern den Gammahimmel dadurch nun ein ganzes Stück weit zugänglicher.
Zwei Gammawelten
Allerdings sind Magic und H.E.S.S. (an dem ebenfalls ein Max-Planck-Institut beteiligt ist, das für Kernphysik in Heidelberg) nicht nur Konkurrenten. Oft verhalten sie sich zueinander eher wie die Teleskope der Europäischen Südsternwarte in Chile zu denen auf dem Roque de los Muchachos: Die einen beobachten den südlichen Sternhimmel, die anderen den des Nordens. Für die Gammaastronomie sind die beiden Sphären verschiedene Welten, da das Zentrum der Milchstraße im Süden liegt und dort gammastrahlende Objekte aus unserer eigenen Galaxis besonders zahlreich vertreten sind, rasch rotierende Neutronensterne etwa, sogenannte Pulsare, oder die strahlenden Trümmerwolken von Supernovae. "Der Gamsberg ist ganz wunderbar für galaktische Beobachtungen", sagt Razmik Mirzoyan. "In der Nordhemisphäre macht man eher Beobachtungen an extragalaktischen Quellen."
Beide Gammawelten bergen unheimliche, von den Astrophysikern oft erst im Ansatz verstandene Objekte und Phänomene. Aber der extremere Himmel ist fraglos der in den extragalaktischen Tiefen weit jenseits unserer Milchstraße. So beobachtete Magic-I im Juni 2005 "Markarian 501", eine 300 Millionen Lichtjahre entfernte aktive Galaxie im Sternbild Herkules, und registrierte dabei ein Gammasignal, dessen höherenergetische Komponente um bis zu vier Minuten nach der niederenergetischen einzutreffen schien.
Bevor so ein Phänomen nicht noch einmal beobachtet wurde, bleibt es vernünftigerweise umstritten, denn nach Einsteins Relativitätstheorie reist elektromagnetische Strahlung, egal welcher Energie, im Vakuum immer gleich schnell - mit Lichtgeschwindigkeit. Es könnte aber sein, dass dies bei sehr hochenergetischer Gammastrahlung nicht mehr streng gilt. Und dann hat Magic vielleicht einen ersten Blick in eine neue Physik getan, in der Relativitätstheorie und Quantenphysik zu einer gemeinsamen mathematischen Beschreibung verschmelzen. Man müsste so etwas wie den Gammapuls von Markarian 501 nur öfter sehen. Dann hätten die Jungs auf dem Roque richtig Spaß.
Text: F.A.S.
Bildmaterial: Max-Planck-Institut für Physik
Guttenberg: Keine Vorzeige-Demokratie in Afghanistan
Zusammenstöße bei Protesten in Iran
F.A.Z. Electronic Media GmbH 2001 - 2009 Medienpartner: NZZ Online
