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Theoretische Weltraum und Astrophysik
Lehrstuhl für Theoretische Physik IV -- Prof. Dr. Reinhard Schlickeiser |
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 | | | | | | | Das H.E.S.S. - Experiment: Die Bochumer Website |
|  Das H.E.S.S. (=High Energy Stereoscopic System) Teleskop System ist ein Experiment, das hochenergetische kosmische Photonen oberhalb von 100 GeV mit Hilfe der abbildenden atmosphärischen Cherenkov Technik detektiert. Das System liegt in den Khomas Highland in Namibia, auf der Farm Goellschau, nahe des Gambsberges, etwa 100 km südwestlich von Windhoek (23° 16'18'' S, 16° 30'00'' O, auf 1800 m Höhe), und ist derzeit in Bau: das erste Teleskop (siehe Abbildung 1) wird die ersten Photonen im Frühjahr 2002 'sehen'. Das System der Phase I besteht aus vier Teleskopen und wird voraussichtlich in 2003 fertiggestellt sein. Das volle System besteht aus bis zu sechzehn atmosphärischen Cherenkov Teleskopen. Die genaue Anordnung wird noch diskutiert.
Der Nachweis der Photonen basiert auf dem Luft-Cherenkov-Effekt. Wenn ein hochenergetisches Teilchen die Erdatmosphäre trifft, initiiert es eine Kaskade von hochenergetischen geladenen Teilchen. Diese Teilchen bewegen sich durch die Luft mit einer Geschwindigkeit, welche größer ist als die Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium, und emittieren deshalb Cherenkovphotonen. Die Teleskopspiegel sammeln diese Cherenkovphotonen, welche dann in einer Kamera aus etwa 1000 Photomultipliern abgebildet werden. Mit Hilfe der Struktur des Bildes kann man zwischen hadronen- und photoneninduzierten Schauern unterscheiden. Diese Technik wurde schon ausgiebig von HEGRA, Whipple, CANGAROO, etc. getestet.
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Abbildung 1: Das erste Teleskop des H.E.S.S.-Systems
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Jedes der Teleskope hat eine Spiegelfläche von über 100 m2. Der daraus resultierende Detektionsenergieschwellwert des gesamten Systems liegt bei etwa 40 GeV, spektroskopische Fähigkeiten sind oberhalb von 100 GeV voll ausgebildet. Die exzellente Winkelauflösung von 0.1° (bei 100 GeV) für individuelle Schauer ist hilfreich für die Identifikation der bisher unidentifizierten EGRET-Quellen. Die Energieauflösung liegt bei etwa 20-30%. Die angestrebte Flußsensitivität (das gesamte Phase I H.E.S.S.-System wird im Vergleich zu derzeit operierenden Cherenkov-Teleskopen eine um etwa eine Größenordnung verbesserte Sensitivität erreichen) erlaubt es, Gamma-Quellen auf einem Level von einigen mCrab zu detektieren. Ein großes Gesichtsfeld von etwa 5° plus eine homogene Gammaphotonenrate innerhalb von 1.5° der Gesichtsfeldmitte aus erleichtern es, ausgedehnte Quellen wie z.B. Supernovaüberreste (SNRs) abzubilden.
Für weitere Details siehe die H.E.S.S.-Experiment Website.
Gammastrahlen sind die energetischste Form von elektromagnetischer Strahlung, oder Licht. Diese Photonen können nur in der energetischsten Umgebung produziert werden, und werden als Fingerabdruck für Orte betrachtet, an denen Teilchen zu extremen Energien beschleunigt werden. Kosmische Quellen sind zum Beispiel Aktive Galaktische Kerne, Supernovaüberreste, Pulsare, Gammastrahlungsblitze, Schwarze Löcher, möglicherweise Starburstgalaxien, Galaxienhaufen, Binärsysteme mit starken Winden, und sogar unsere Milchstraße, und unsere Sonne während Ausbrüchen. Mögliche Signaturen von Dunkler Materie könnten auch bei diesen Energien auftauchen, z.B. als Annihilationsstrahlung. Das Ziel des H.E.S.S. Experiments ist es, Gammastrahlen oberhalb von 50 GeV von diesen Quellen zu detektieren, um ihre Natur besser zu verstehen.
Für detailliertere Informationen über die Forschung mit H.E.S.S. in Bochum siehe: Astrophysik mit H.E.S.S.
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