Ein Leuchtturm der Astroteilchenphysik

  • 02. January 2019

Seit dem 1. Januar 2019 gibt es bei DESY einen eigenen Bereich Astroteilchenphysik.

Die Astroteilchenphysik hat in den letzten Jahren eine stürmische Entwicklung erlebt: Die Beobachtung kosmischer Neutrinos 2013, der direkte Nachweis von Gravitationswellen 2015, die simultane Beobachtung eines Neutrinos und hochenergetischer Gammastrahlung aus Richtung eines Blazars 2017 sowie die durch den Nachweis einer Gravitationswelle ausgelöste Beobachtung der Verschmelzung zweier Neutronensterne mit über 40 verschiedenen Ob­ser­vatorien im August 2017 sind nur vier prominente Beispiele dafür. DESY hat dies zum Anlass genommen, am 1. Januar 2019 den neuen, eigenständigen Bereich Astroteilchenphysik einzurichten.

Dieser Schritt soll einmal den Stellenwert der Astroteilchenphysik im wissen­schaftlichen Programm von DESY dokumentieren. „Ich erhoffe mir aber auch, dass dieser Schritt das Forschungsgebiet in ganz Deutschland weiter stärkt“, sagt Christian Stegmann, der erste Direktor des Bereichs Astro­teilchen­physik, der gleichzeitig den DESY-Standort in Zeuthen leitet. Dieses aufstrebende Forschungsfeld sei in den letzten Jahren erwachsen geworden, was sich auch daran zeige, dass immer mehr Universitäten Professuren in der Astro­teilchen­physik eingerichtet haben. Mit diesen universitären Partnern möchte das DESY auch künftig gemeinsame Projekte zur Astroteilchenphysik realisieren.

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Das Hochenergie-Neutrinoteleskop IceCube in der Antarktis und das im Bau befindliche Cherenkov Telescope Array (CTA) sind
zwei wichtige Großforschungsprojekte, an denen DESY im Bereich Astroteilchenphysik beteiligt ist. (Fotos: F. Pedreros / IceCube / NSF und A. Ikeshita, Mero-TSK, Int.)

Seit der Arbeitsbereich Astroteilchenphysik 2009 aus einer kleinen Forschungs­gruppe in Zeuthen zur Neutrinoastronomie entstanden ist, hat er sich sehr erfolgreich entwickelt – mit einem Schwerpunkt in der Erforschung hoch­ener­getischer Prozesse im Universum. So ist DESY am Hochenergie-Neutrino-Observatorium IceCube in der Antarktis beteiligt. „Wir haben die klare Vision, das Experiment durch ein Upgrade zu IceCube-Gen2 um den Faktor 10 empfindlicher zu machen und dadurch neue Einblicke in die Neutrinoastronomie zu erhalten“, erläutert Christian Stegmann. Darüber hinaus ist DESY feder­führend bei der Entwicklung des Cherenkov Telescope Array (CTA), dessen Science Data Management Center in Zeuthen angesiedelt sein wird. „Mit CTA möchte ich einmal die gesamte Milchstraße durchmustern und alle Gamma­strahlungs­quellen identifizieren, um endlich zu verstehen, welche Rolle sie wirklich spielen“, hofft Stegmann. „Dieses Observatorium kann unser Weltbild revolutionieren!“

Darüber hinaus gibt es erste Überlegungen, welche Rolle das Forschungs­zentrum in der Gravitationswellenastronomie und insbesondere beim geplanten Einstein-Teleskop einnehmen kann. Dieser Gravitations­wellen­detektor der dritten Generation könnte an einem Standort in Europa, beispielsweise im Drei-Länder-Eck nahe Aachen, unterirdisch gebaut werden. „Was auf diesem Gebiet passiert, ist atemberaubend. Deswegen muss Deutschland beim Einstein-Teleskop jetzt einen ordentlichen Schritt nach vorne gehen. Sonst vergeben wir eine große Chance“, ist Stegmann überzeugt. Erstmals ist es möglich, alle Boten von kosmischer Strahlung über Gamma­strahlung und Neutrinos bis hin zu Gravitationswellen zu messen und diese Informationen mit den Beob­ach­tungen der klassischen Astronomie zu einem Gesamtbild zu verknüpfen, also echte Multimessenger-Astronomie zu betreiben.

Für seine neue Aufgabe hat Christian Stegmann große Pläne. Den Standort Zeuthen möchte er nicht nur noch enger mit dem DESY-Standort in Hamburg verknüpfen, sondern auch zu einem wissenschaftlichen Leuchtturm der Astroteilchenphysik ausbauen – in enger Kooperation mit den lokalen Partnern wie den benachbarten Universitäten, dem LeibnizInstitut für Astrophysik Potsdam und dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Golm. Aber auch wissenschaftlich hat er Wünsche für die Zukunft: Dank seiner Mitarbeit beim H.E.S.S.-Teleskop in Namibia hat Christian Stegmann den Durchbruch der Gammaastronomie hautnah miterlebt, nun setzt er große Hoffnungen in das Nachfolge-Projekt CTA und hofft zudem, vor seinem Ruhestand noch zu erleben, wie das EinsteinTeleskop in Betrieb geht. „Mir macht es unheimlich Spaß, in der Astroteilchenphysik zu arbeiten, weil eine Idee die nächste jagt und wir in den letzten Jahren spektakuläre Ergebnisse erzielen konnten“, freut er sich.

Maike Pfalz

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