Neue Förderung des CTAO-Projektes für die kommenden drei Jahre

Das Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) ist ein neues Observatorium zur Untersuchung von Gammastrahlung, das aktuell noch im Bau ist und bis 2031 in Betrieb genommen werden soll. Es entsteht an zwei Standorten, dem CTAO-North auf der Kanarischen Insel La Palma und dem CTAO-South in der Atacama-Wüste in Chile, und wird zehnmal empfindlicher sein als bisherige Detektoren.

Auf La Palma ist der Aufbau bereits weit fortgeschritten. CTAO-North soll aus vier Large-Sized Telescopes (LSTs) mit einem Spiegeldurchmesser von je etwa 23 m und neun Medium-Sized Telescopes (MSTs) bestehen. Das erste LST ist bereits fertiggestellt und befindet sich in der Commissioning-Phase, in der die verschiedenen Systeme des Teleskops getestet und optimiert werden, um einen zuverlässigen wissenschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. Auch die drei weiteren LSTs sind inzwischen fast fertiggestellt, während sich die MSTs noch im Aufbau befinden. CTAO-South befindet sich dagegen noch in einer früheren Bauphase. Der Bau des Standorts begann im Dezember 2025, sodass dort derzeit überwiegend Straßen und die Fundamente für die Teleskope entstehen. Geplant sind insgesamt 14 MSTs und 37 Small-Sized Telescopes (SSTs).

Gammastrahlung entsteht in einigen der energiereichsten Prozesse im Universum, beispielsweise als Folge der Explosion massereicher Sterne oder in Jets von aktiven Galaxien. Im Gegensatz zu geladenen Teilchen wie Elektronen und Protonen wird sie auf ihrem Weg durch das Universum nicht von Magnetfeldern abgelenkt, sodass ihre Einfallsrichtung Rückschlüsse auf ihren Ursprungsort erlaubt. Die Gammastrahlung selbst erreicht die Teleskope allerdings nicht. Beim Auftreffen auf die Erdatmosphäre löst sie einen Schauer aus Sekundärteilchen aus, die sogenanntes Tscherenkov-Licht erzeugen, wenn sie sich schneller als Licht in der Atmosphäre bewegen. Die Teleskope zeichnen dieses Licht auf und können daraus Eigenschaften wie die Energie und Einfallsrichtung der ursprünglichen Gammastrahlung rekonstruieren. Auf diese Weise sollen mit CTAO die Quellen der kosmischen Strahlung und andere extreme astrophysikalische Phänomene untersucht sowie nach möglichen Hinweisen auf dunkle Materie gesucht werden.

In den kommenden Jahren geht CTAO mit dem weiteren Aufbau und der Inbetriebnahme der Teleskope in eine entscheidende Phase. Ein deutscher Verbund aus zwei Max-Planck-Instituten, einem Helmholtz-Zentrum und sieben deutschen Universitäten, unter anderem der TU Dortmund, ist daran beteiligt. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert die beteiligten Universitäten dafür in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 4,1 Millionen Euro, wovon dem Dortmunder Teilprojekt 300.000 Euro zur Verfügung stehen.

Ein Schwerpunkt der Dortmunder Beteiligung ist die Inbetriebnahme der vier LSTs auf La Palma. Bevor die Teleskope regulär für wissenschaftliche Beobachtungen eingesetzt werden können, müssen ihre zahlreichen Komponenten getestet, kalibriert und aufeinander abgestimmt werden. Dafür reisen regelmäßig junge Forschende, unter anderem aus unserer Arbeitsgruppe, nach La Palma und absolvieren dort mehrwöchige Schichten. Das erste der LSTs ist bereits in Betrieb. Auch wenn die Datennahme gelegentlich noch aufgrund technischer Probleme unterbrochen werden muss, funktioniert sie bereits relativ zuverlässig und findet überwiegend gemeinsam mit den direkt benachbarten MAGIC-Teleskopen statt. Anfang des Jahres kam es zu größeren Sturmschäden, die mittlerweile größtenteils behoben werden konnten. Um die Qualität der aufgenommenen Daten weiter zu verbessern, werden noch Kalibrationen der unterschiedlichen Subsysteme durchgeführt und Software-Updates eingespielt, die umfangreicheren Tests sind jedoch größtenteils abgeschlossen. Ein Teil der Daten kann bereits für wissenschaftliche Auswertungen verwendet werden.

Zudem ist die TU Dortmund zusammen mit der RU Bochum an der Entwicklung eines Systems beteiligt, das das Schwingungsverhalten der LSTs überwacht, sodass mögliche Schäden am Fahrwerk oder an der tragenden Konstruktion frühzeitig erkannt werden. Außerdem trägt Dortmund zur Softwareentwicklung für das Observatorium bei.

Die Arbeitsgruppen der TU Dortmund und der RU Bochum arbeiten bereits im Rahmen des Ruhr Innovation Lab und des DFG-Sonderforschungsbereichs 1491 eng zusammen. Gemeinsam beschäftigen sie sich mit verschiedenen Fragen der Astro-, Astroteilchen- und Plasma-Astrophysik. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Multi-Messenger-Astronomie, bei der Informationen verschiedener kosmischer Boten wie elektromagnetischer Strahlung, Neutrinos und Gravitationswellen miteinander kombiniert werden. Mit dem CTAO werden sich die Möglichkeiten zur Beobachtung von Gammastrahlung in den kommenden Jahren deutlich erweitern und damit neue Perspektiven für die gemeinsame Erforschung astrophysikalischer Phänomene eröffnen.