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Von Rainer Kayser

Explodierende Sterne, gefräßige Schwarze Löcher, rasend schnell rotierende Neutronensterne mit gewaltigen Magnetfeldern, Materiestrahlen, die mit fast Lichtgeschwindigkeit aus Galaxien schießen - das Weltall ist ein Hexenkessel voller hochenergetischer Vorgänge. Doch hohe Energien bedeuten zugleich auch extrem kurze Wellenlängen: Die interessantesten kosmischen Phänomene leuchten am hellsten im Bereich der Röntgen- und Gammastrahlung.

Und für diese Strahlungen ist die irdische Atmosphäre - zum Glück für alle Lebewesen auf der Erde - undurchsichtig. Um einen Blick auf die hochenergetischen Vorgänge zu werfen, müssen die Astronomen deshalb ins Weltall ausweichen. Die amerikanische Weltraumbehörde Nasa hat im Juni das bislang modernste Gamma-Teleskop ins All geschossen: GLAST, das Gamma-ray Large Area Space Telescope. "Large Area" bedeutet: großes Gesichtsfeld. Denn GLAST hat mit seinen Instrumenten praktisch den gesamten Himmel gleichzeitig im Blick.

Ein neues Fenster ins Universum öffnet der 690 Millionen Dollar teure Satellit den Astronomen, erklärt Giselher Lichti vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München: "Die bisherigen Gammateleskope haben dieses Fenster nur einen Spalt breit geöffnet - erst GLAST stößt es nun vollends auf!" So ist das neue Observatorium 30-mal empfindlicher als sein Vorgänger Compton, der von 1991 bis 2000 Daten zur Erde funkte.

Gammastrahlung besitzt eine milliardenfach größere Energie als gewöhnliches sichtbares Licht. Teleskope für Gammastrahlung müssen deshalb völlig anders gebaut sein, als optische Fernrohre. Die hochenergetischen Gamma-Photonen würden Linsen und Spiegel aus Glas nämlich völlig unbeeindruckt durchschlagen. Stattdessen müssen die Astronomen komplizierte Detektoren verwenden, wie sie in der Elementarteilchenphysik üblich sind.

An Entwicklung und Bau dieser Detektoren waren nicht nur amerikanische Wissenschaftler, sondern auch Forscher aus Frankreich, Italien, Japan, Schweden und Deutschland beteiligt. So waren Lichti und seine Kollegen für den Bau eines der beiden Hauptinstrumente von GLAST, dem so genannten Burst Monitor, verantwortlich. Damit wollen die Forscher den extrem kurzzeitigen Gammastrahlungsschauern ("bursts") nachspüren, die fast täglich aus den Tiefen des Alls zur Erde gelangen.

Diese Strahlungsausbrüche gehören seit 40 Jahren zu den großen Rätseln der modernen Astronomie. Ende der 1960er Jahre betrieb die amerikanische Luftwaffe das Projekt "Vela", bei dem von Satelliten aus nach verräterischer Röntgen- und Gammastrahlung sowjetischer Atomversuche gefahndet wurde. Tatsächlich stießen die Detektoren der Vela-Satelliten auf nur Sekunden oder Bruchteile von Sekunden dauernde Gammaschauer, die jedoch, wie sich rasch zeigte, nicht vom Erdboden - also auch nicht von sowjetischen Kernwaffen - stammten, sondern aus dem Weltall.

Das Vela-Projekt war höchst geheim - die Sowjets sollten nichts von den Überwachungsmöglichkeiten der Amerikaner wissen - und so erfuhr die astronomische Fachwelt erst 1973 von den rätselhaften Strahlungsblitzen, die sich zunächst keinem bekannten Himmelsobjekt zuordnen ließen. Zunächst war sogar unklar, ob der Ursprung der Strahlungsblitze in unserem Sonnensystem, in der Milchstraße oder in fernen Galaxien zu suchen sei.

Erst die Messungen des Compton-Satelliten zeigten, dass die Gammaausbrüche von kosmischen Katastrophen in fernen Galaxien künden - und die energiereichsten Prozesse im Kosmos sind. "Ein Gammaausbruch setzt innerhalb von Sekunden soviel Energie frei wie die Sonne in ihrem ganzen Leben", vergleicht Neil Gehrels vom Goddard Space Flight Center der Nasa. 

Inzwischen haben die Astronomen zwei unterschiedliche Modelle für die Entstehung der Gammaschauer entwickelt. Die Explosion extrem massereicher Sterne führt danach zu Ausbrüchen, die länger als zwei Sekunden andauern. Kürzere Gammaausbrüche dagegen entstehen durch den Zusammenstoß von zwei Neutronensternen oder Schwarzen Löchern. Nicht alle Beobachtungen fügen sich jedoch widerspruchslos in diese Vorstellungen ein. "Es gibt noch ein ganze Reihe offener Frage, die wir mit GLAST zu beantworten hoffen", so Lichti.

Neben den Gammaausbrüchen wollen die Astronomen mit GLAST aber auch eine Vielzahl anderer Phänomene ins Visier nehmen. So hoffen die Himmelsforscher auf neue Erkenntnisse über die supermassiven Schwarzen Löcher, die in den Zentren von Galaxien ständig Materie aufsaugen. Das starke Magnetfeld der Schwarzen Löcher bündelt einen Teil dieser Materie zu einem hochenergetischen Strahl, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit Hunderttausende von Lichtjahren weit ins All schießen kann. "Aber noch wissen wir nicht, wie diese Materiestrahlen genau entstehen", so Peter Michelson von der Stanford University, der das Weitwinkelteleskop von GLAST betreut. Damit wollen die Astrophysiker in die Entstehungszone dieser Materiestrahlen hineinblicken und so neue Erkenntnisse über die dort ablaufenden Prozesse gewinnen.

Neben der Untersuchung all dieser bekannten Strahlungsquellen wird GLAST sicher auch auf bislang unbekannte Phänomene stoßen. So konnten die Astronomen insgesamt 172 der von Compton entdeckten Gammaquellen bisher nicht identifizieren - noch weiß also niemand, welche neuen Geheimnisse sich hinter diesen Objekten verbergen. "Da draußen warten noch Überraschungen auf uns", sagt Nasa-Forscher David Thompson vom GLAST-Team, "und ehrlich gesagt hoffen wir auch darauf, überrascht zu werden!"