Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Per Anhalter zu den Gammablitzen

19.07.2016

Forschende um Wojciech Hajdas am Paul Scherrer Institut PSI haben einen Detektor namens POLAR entwickelt. Das Gerät soll sogenannte Gammablitze aus den Tiefen des Universums aufspüren und untersuchen. Gammablitze sind extrem starke Ausbrüche energiereichen Lichtes, die jedoch bislang weitgehend unverstanden sind. Unter anderem ist nicht geklärt, was der Ursprung der Gammablitze ist; womöglich werden die starken Lichtblitze bei der Entstehung Schwarzer Löcher ausgesandt. POLAR wird eine Eigenschaft ihres Lichtes vermessen. POLAR wurde gemeinsam mit Forschenden der Universität Genf realisiert und wird im kommenden September mit einer chinesischen Weltraummission ins All fliegen.

Irgendwo in den Tiefen des Alls leuchtet es mit gewaltiger Energie immer wieder auf: Sogenannte Gammablitze können Forschende rund ein Mal pro Tag beobachten. Gammablitze senden – wie der Name sagt – Licht im hochenergetischen Bereich der Gammastrahlung aus. In wenigen Sekunden stossen sie mehr Energie aus als die Sonne in Milliarden von Jahren. Und doch sind Gammablitze noch weitgehend unverstanden; unter anderem ist nicht geklärt, was ihr Ursprung ist.


Wojciech Hajdas mit durchsichtigen Szintillationsstäben, die so auch im POLAR-Detektor verbaut sind. Mit POLAR wollen Hajdas und seine Kollegen die Polarisation von Gammablitzen im All vermessen.

Foto: Paul Scherrer Institut/Markus Fischer

Hier setzt das aktuelle Forschungsprojekt von Wojciech Hajdas und seiner Forschungsgruppe am Paul Scherrer Institut an: Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Genf und des chinesischen Instituts für Hochenergiephysik (Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, IHEP-CAS) haben sie einen Detektor für Gammablitze entwickelt. POLAR heisst das Gerät; es wird den Grad der Polarisation des Lichtes von Gammablitzen vermessen. Diese Eigenschaft des Lichtes kann Hinweise liefern, welche Ereignisse im All die Ursprünge der Gammablitze sind.

Polarisationsgrad als Indiz für Entstehungsmechanismus

Denn bislang ist nicht klar, was genau der Entstehungsmechanismus für Gammablitze ist – und ob womöglich mehrere Arten von Ursprungsereignissen in Betracht kommen. Diskutiert werden der Kollaps eines massereichen Sterns zu einem Schwarzen Loch, das Verschmelzen zweier Neutronensterne, eine spezielle Sorte Supernova und eine Reihe ähnlich energie- und massereicher Vorgänge. „Je nachdem, welchen Polarisationsgrad wir messen, lassen sich eine Reihe von Ursprungsmechanismen ausschliessen“, so Hajdas. „Falls das Licht der Gammablitze beispielsweise einen hohen Polarisationsgrad hat, werden wir rein thermische Ereignisse ausschliessen können.“

Licht breitet sich als Welle aus; die Polarisation ist die Auslenkungsrichtung dieser Welle. Hajdas möchte herausfinden, ob die einzelnen Lichtwellen eines Gammablitzes kreuz und quer zueinander schwingen, oder ob alle Schwingungen parallel zueinander liegen. Letzteres wäre wissenschaftlich ausgedrückt ein hoher Polarisationsgrad.

Messung von der Raumstation aus

Allerdings kann POLAR die Gammablitze nicht einfach von der Erde aus detektieren: Die Luft der Erdatmosphäre verhindert genaue Messungen. Daher suchte Hajdas den Kontakt zu verschiedenen Raumfahrtmissionen. Am aufgeschlossensten für eine Zusammenarbeit zeigte sich das chinesische Institut IHEP-CAS. Schon lange plant die chinesische Weltraumorganisation für kommenden Herbst den Start ihrer nächsten Raumstation Tiangong 2; wörtlich "Himmlischer Palast 2". Nun ist klar: POLAR wird im September 2016 an Bord der Tiangong 2 in den Erdorbit fliegen und auch von dort aus Messdaten sammeln. Derzeit wird POLAR bereits auf die Station Tiangong 2 montiert.

Das Rätsel der Gammablitze

Daten wird POLAR genügend sammeln können, denn in der Gesamtheit des Alls ereignen sich Gammablitze häufig. Sie lassen sich aus beliebig weiten Entfernungen detektieren und damit – wegen der Reisedauer ihres Lichtes – aus den verschiedenen Epochen des Universums. „Wir erwarten, während des zweijährigen Forschungseinsatzes mehrere Dutzende sehr starker Gammablitze zu registrieren, was uns eine genaue Messung des Polarisationsgrads ermöglichen wird“, so Wojciech Hajdas.

Das Problem: Kein Gammablitz gleicht dem anderen. Fachleute tun sich daher schwer damit, die Gammablitze in Kategorien einzuteilen und ihren Ursprung auszumachen. Immerhin lassen sich bisher zwei grobe Gruppen ausmachen, erklärt Hajdas: Einerseits kurze Gammablitze, die nur ungefähr eine Sekunde lang leuchten, und andererseits solche, die zig Sekunden dauern – wobei die kurze Sorte öfters beobachtet wird als die länger leuchtende.

Während sich Dauer und Häufigkeit der Gammablitze schon recht gut vermessen lassen, ist ihr Polarisationsgrad bisher unbekannt. Daher erhoffen sich Hajdas und seine Kollegen, hierüber das Verständnis der Gammablitze zu erweitern. Womöglich werden sich auch bezüglich ihres Polarisationsgrades verschiedene Sorten Gammablitze einteilen lassen: Solche mit höherem und andere mit niedrigerem Polarisationsgrad, die demnach verschiedenen Entstehungsmechanismen zuzuordnen sein werden.

1600 Stäbe aus speziellem Kunststoff

Das hochenergetische Licht der Gammablitze lässt sich nur indirekt detektieren. Daher besteht das Herzstückstück von POLAR aus 1600 speziellen Plastikstäben, die dicht an dicht liegen und für unsere Augen durchsichtig sind. Trifft das Licht der Gammablitze in diese Stäbe, löst es darin einen sichtbaren Lichtblitz aus – ein Prozess namens Szintillation. „Genauer gesagt müssen die Lichtteilchen vom Gammablitz auf die Elektronen in den Plastikstäben treffen. Die dadurch angeregten Moleküle des Szintillators senden daraufhin Lichtteilchen im sichtbaren Energiebereich aus“, so Hajdas.

Am anderen Ende der Stäbe sitzt ein Detektor für sichtbares Licht, der somit indirekt die Gammablitze nachweist. Dabei kann das Instrument auf die Polarisation des Gammablitzes zurückschliessen. „Die Besonderheit unseres Detektorsystems ist, dass wir nur diejenigen Lichtteilchen der Gammablitze auswerten, die erst in einem Plastikstab ein Elektron angeregt haben und anschliessend in einem zweiten Stab noch ein zweites Elektron“, erklärt Hajdas weiter. „Nur dadurch, dass wir diese zwei Datenpunkte zusammennehmen, können wir die Polarisation zuverlässig und exakt bestimmen.“

Zudem ist der Öffnungswinkel von POLAR so gross, dass rund ein Drittel des gesamten Himmels abgedeckt wird.

Sowohl das Konzept des Detektorsystems als auch die Elektronik wurden am PSI entwickelt. Die Signalauslesemodule und der Zentralcomputer von POLAR wurden dann am PSI hergestellt und getestet. Zusätzlich entwickelten die Forschenden eine eigene Software für die Bearbeitung der Daten. Um POLAR vor seinem Einsatz zu kalibrieren nutzen die Wissenschaftler die Röntgenstrahlung der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS am PSI sowie der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble

Das Zürcher Unternehmen „Art of Technology“ fertigte die Netzteile für POLAR an. An der Universität Genf wurden die Mechanik sowie das Gehäuse gebaut und dann die Komponenten von POLAR zusammengesetzt. Alle an diesem internationalen Gemeinschaftsprojekt Beteiligten testeten schliesslich den fertigen Detektor gründlich.

Mögliche Gemeinsamkeit mit Gravitationswellen

Ereignisse wie die Entstehung Schwarzer Löcher, die als Ursprung für Gammablitze in Betracht kommen, sind mit grosser Wahrscheinlichkeit zugleich der Ursprung von Gravitationswellen. Gravitationswellen wurden bereits von Albert Einstein vorhergesagt; im September 2015 konnten Forschende der internationalen LIGO-Kollaboration sie erstmals direkt nachweisen. Dieser Grosserfolg beflügelt Hajdas: „Mein Traum wäre es, dass POLAR einen Gammablitz detektiert und die Kollegen von LIGO zeitgleich eine weitere Gravitationswelle vermessen.“ Womöglich entwickelt sich dadurch eine übergreifende Zusammenarbeit in diesem noch jungen Forschungszweig.

Text: Paul Scherrer Institut/Laura Hennemann

Weitere Informationen:

http://www.aei.mpg.de/gwdetektion Entdeckung von Gravitationswellen durch die LIGO-Kooperation

Dagmar Baroke | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie