Prototyp-Teleskop für das „Square Kilometre Array“

Das „Square Kilometre Array“ (SKA) soll das größte Radio­teleskop auf der Erde werden. Forscher der Universität Bielefeld haben nun zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Radioa­stronomie sowie inter­nationalen Partnern das SKA-MPG Teleskop untersucht – einen Prototyp für den Teil des SKA, der Signale im mittleren Frequenz­bereich empfängt. Die aktuelle Studie zeigt, dass das Teleskop nicht nur ein Prototyp ist, um das Design für das SKA zu testen. Es kann auch bereits alleine Erkenntnisse über die Entstehung des Universums liefern. 

„Das SKA-MPG Teleskop in Südafrika wird uns dabei helfen, die kosmische Hintergrund­strahlung zu verstehen“, sagt Aritra Basu, Physiker in der Arbeitsgruppe Astro­teilchenphysik und Kosmologie der Universität Bielefeld. Die kosmische Hintergrund­strahlung ist Licht im Mikrowellen­bereich, das kurz nach dem Urknall entstanden ist. Ihre Erforschung gibt Aufschluss über die Entstehung des Universums. „Messungen der kosmischen Hintergrund­strahlung werden jedoch von anderen Effekten im Vordergrund verzerrt – zum Beispiel durch ultraschnelle Elektronen im magnetischen Feld der Milchstraße. Um die kosmische Hintergrund­strahlung messen zu können, müssen wir daher die Details dieser Effekte kennen. In unserer Studie haben wir gezeigt, dass das neue Teleskop geeignet ist, die Vordergrund­strahlung zu untersuchen“, so Basu.

Das SKA-MPG-Radio­teleskop wurde gemeinsam vom Max-Planck-Institut für Radio­astronomie (MPIfR) in Bonn und der Firma MT-Mechatronics GmbH entwickelt. Es hat einen Durchmesser von 15 Metern und kann Signale zwischen 1,7 und 3,5 Gigaherz empfangen. Momentan wird es in der süd­afrikanischen Karoo-Wüste aufgebaut. Einen ersten regulären Einsatz erwartet der Projektleiter für das Teleskop, Gundolf Wieching vom MPIfR, für Herbst 2019. Das Radio­teleskop ist in erster Linie als Prototyp für einen Teil des SKAs geplant, der Signale aus einem mittleren Radiofrequenz­bereich empfängt. Bewährt sich der Prototyp in einer Reihe von Tests, werden etwa 200 solcher Teleskope für das SKA in Südafrika gebaut.

Das SKA wird neben mittleren auch niedrige Radio­frequenzen beobachten. Dieses zweite Instrument soll aus tausenden kleinen Radioantennen bestehen, die miteinander kombiniert werden können und ein riesiges Radioteleskop simulieren. Die beiden Teile des SKA erstrecken sich dann über einen Quadrat­kilometer in Australien und Südafrika. „Schon mit unserem Prototyp sind wir durch ein cleveres Design für das Teleskop und neue Entwicklungen in Empfänger- und Backend­technologie in der Lage, tief in das Universum zu blicken“, sagt Hans-Rainer Klöckner, Astrophysiker am MPIfR. „Ich bin gespannt, was wir erst entdecken werden, wenn 200 von diesen Teleskopen für das SKA synchronisiert werden.“ Mit dem SKA sollen zum Beispiel Gravitations­wellen und Dunkle Energie erforscht oder Einsteins Relativitäts­theorie unter extremen Bedingungen getestet werden.

Das SKA wird die erste globale Wissenschafts­organisation mit Standorten auf drei Kontinenten sein: Australien, Afrika und Europa. Hinzu kommen über die ganze Erde verteilte Datenzentren. Eine besondere Heraus­forderung liegt im Umgang mit dem riesigen Datenvolumen: Das SKA wird pro Jahr über 600 Petabyte Beobachtungs­daten sammeln. Die deutschen Forschungs­einrichtungen, die an den Vorarbeiten zum SKA beteiligt sind, haben sich im „German Long Wavelength Consortium“ zusammen­geschlossen, darunter die Universität Bielefeld. Zu den Projekten des Konsortiums zählt auch D-MeerKAT, in dem der Prototyp SKA-MPG Teleskop evaluiert wird. „Unsere Untersuchungen mit dem SKA-MPG Teleskop bilden einen eigen­ständigen wichtigen Beitrag zur modernen Kosmologie – mit viel Arbeit und ein bisschen Glück können wir ein neues Fenster zum Verständnis des Urknalls aufstoßen“, sagt Dominik Schwarz, Leiter der Bielefelder Arbeitsgruppe Astroteilchen­physik und Kosmologie.

U. Bielefeld / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  A. Basu et al.: CMB foreground measurements through broad-band radio spectro-polarimetry: prospects of the SKA-MPG telescope, MNRAS 488, 1618 (2019); DOI: 10.1093/mnras/stz1637
• Projekt Square Kilometre Array SKA, Macclesfield, Großbritannien
• Astroteilchenphysik und Kosmologie, Universität Bielefeld
• Max-Planck-Institut für Radioastronomie MPIfR, Bonn