Cherenkov Telescope Array Observatory CTAO (Astroteilchenphysik)

Illustration des CTA-Standorts auf der Südhalbkugel © CTAO
Illustration des CTA-Standorts auf der Südhalbkugel © CTAO

Das Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) wird das grösste erdgebundene Observatorium der neuen Generation für Höchstenergie-Gammaastronomie sein. Es wird aus zwei Teleskop-Anlagen bestehen: Eine davon ist auf der südlichen Halbkugel am astronomischen Beobachtungsstandort Paranal (Chile) geplant und wird von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betrieben. Die andere soll sich auf der nördlichen Halbkugel beim astronomischen Observatorium auf der Insel La Palma (Kanaren, Spanien) befinden und unter der Leitung des Astrophysikalischen Instituts der Kanaren (IAC) stehen. Das CTAO wird als erstes erdgebundenes Observatorium den ganzen Himmel abdecken und im Rahmen eines Konsortiums (European Research Infrastructure Consortium ERIC) errichtet, dessen Sitz in Bologna (Italien) ist. 

Das CTAO ist eine internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit zum Bau des Cherenkov Telescope Array (CTA), einer weltweiten Spitzeninfrastruktur im Bereich der Astroteilchenphysik. Dank der technischen Leistungen des CTA sollen entscheidende Erkenntnisse im Bereich der Hochenergieastrophysik gewonnen werden, aber auch allgemeinere in Kosmologie und Grundlagenphysik. 

Die Entwicklung des CTA wird derzeit von einem Konsortium aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sowie Instituten aus der ganzen Welt geleitet. Mit dem Bau soll 2022 begonnen werden. Die Kosten für die erste Konfiguration des Teleskop-Parks werden auf 330 Millionen Euro geschätzt. Der Vollbetrieb soll ab 2025 während 30 Jahren möglich sein. 

Die Anlage auf der Nordhalbkugel befindet sich auf der Kanarischen Insel La Palma, der Standort auf der Südhalbkugel beim chilenischen Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO). 

Das grösste erdgebundene Observatorium für Höchstenergie-Gammaastronomie

Das CTAO wird das weltweit grösste Observatorium für hochenergetische Gammastrahlen sein. Seine beiden Teleskop-Anlagen ermöglichen die Detektion von Gammastrahlen mit noch nie erreichter Genauigkeit und Empfindlichkeit. Darüber hinaus bietet das CTA ein einzigartiges Potenzial für die Entstehung erfolgreicher Kooperationen zwischen Forschungsgemeinschaften der Teilchenphysik und der Astrophysik aus der ganzen Welt. Die neue Gemeinschaft im Bereich Astroteilchenphysik verfügt dadurch nun auch über eine internationale Forschungsorganisation.

Das CTA soll hochenergetische Gammastrahlen von 20 Gigaelektronenvolt (GeV) bis 300 Teraelektronenvolt (TeV) kosmischen Ursprungs nachweisen und die stärksten kosmischen Beschleuniger des Universums erkennen. Das wissenschaftliche Potenzial des CTA ist enorm, denn damit soll unter anderem die Rolle der hochenergetischen kosmischen Teilchen und die Funktionsweise von schwarzen Löchern und Pulsaren besser verstanden und die dunkle Materie erforscht werden. 

Das CTA stellt auch in Bezug auf die IT eine Herausforderung dar: Das gesamte Datenvolumen, das von den Archiven des Observatoriums zu verwalten ist, wird bei rund 25 Petabyte pro Jahr liegen. Die Bilder der Gammastrahlenquellen werden anhand der Beobachtung zahlreicher «Teilchenduschen» rekonstruiert, die von den Teleskopkameras des CTA erfasst werden. Die Daten werden vom Datenzentrum in Zeuthen (Deutschland) aus verteilt und frei zugänglich sein.

 Prototyp des Large-Sized Telescope (LST-1) am Standort auf der Nordhalbkugel, Insel La Palma, Spanien © CTAO
Prototyp des Large-Sized Telescope (LST-1) am Standort auf der Nordhalbkugel, Insel La Palma, Spanien © CTAO

Schweizer Beteiligung

Die Universitäten Zürich und Genf sowie die ETH Zürich beteiligen sich seit Anfang der 2000er-Jahre am CTA-Projekt. Aufgrund ihrer privilegierten Position in der Projektentwicklung leitet die Universität Genf seit Beginn des Jahres 2020 mit der Unterstützung des Bundes die Bestrebungen zur Konsolidierung der Nutzerbasis in der Schweiz, die für einen allfälligen künftigen Beitritt der Schweiz zum CTAO ERIC notwendig ist.

Das Konsortium CTAO ERIC könnte unter der Federführung Italiens Mitte 2022 gebildet werden. Die Gründungsmitglieder wären Österreich, die Tschechische Republik, Frankreich, Deutschland, Italien, Polen, Slowenien, Spanien und die ESO. Die Schweiz will sich dem CTAO ERIC zunächst mit Beobachterstatus anschliessen. Neben den künftigen Mitgliedern des CTAO ERIC werden insbesondere auch Institutionen aus Japan, Australien, Brasilien, den USA und dem Vereinigten Königreich am Bau mitbeteiligt sein.

Das CTA ist für die Schweiz und die ganze Welt von enormem wissenschaftlichem Interesse, einerseits in Bezug auf die Techniken der Datenproduktion und  analyse, einschliesslich maschinelles Lernen und moderne bildgebende Techniken. Andererseits aber auch für den Aufbau von Kontakten zu spezialisierten Branchen, die beim Bau von Teleskopen mitwirken könnten. 

Das SBFI beteiligt sich zusammen mit den künftigen Mitgliedstaaten an den laufenden Verhandlungen zur Errichtung der Organisation CTAO ERIC.

Kontakt

SBFI, Xavier Reymond
Leiter der Schweizer Delegation

SBFI, Kevin Reymond
Delegierter der Schweiz im Board of Government Representatives

Universität Genf,
Prof. Teresa Montaruli
Koordinatorin der Schweizer CTAO-Zusammenarbeit

ETH Zürich,
Prof. Adrian Biland
Wissenschaftlicher Delegierter für die Schweiz

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