GLAST – Erfolgreich gestartet

Am 11. Juni 2008 wurde der Astronomiesatellit GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope, Weitwinkel-Gammastrahlen-Weltraum-Teleskop) von einer Delta II erfolgreich in den Orbit gebracht.

Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA.

Um 18:05 Uhr MESZ hob die Trägerrakete von Launch Complex 17-B in Cape Caneveral ab und setzte den Satelliten nach 75 Minuten auf seinem Zielorbit in 565 km Höhe mit 25,6° Inklination aus. Der Satellit hatte eine Startmasse von 4.627 kg. Der Start hatte sich wegen technischer Probleme der Trägerrakete mehrfach verschoben. Auch beim heutigen Start kam es zu Verzögerungen durch Probleme bei einer Bodenstation. Aufziehendes schlechtes Wetter hätte später zu einem Abbruch führen können.

Instrumente
Mit GLAST sollen die Photonen der Gammastrahlung im Kosmos untersucht werden. Unter anderem so genannte GRBs (Gamma Ray Bursts, Gammastrahlenausbrüche) sind von großem Interesse. Aber auch weitere Quellen für diese hochenergetischen Photonen der kosmischen Strahlung sind von hohem wissenschaftlichem Wert. Zur Untersuchung der Photonen mit Energien zwischen 8 keV und 300 GeV wurde GLAST mit zwei Instrumenten ausgestattet, deren Eigenschaften aus früheren Missionen abgeleitet wurden:

• LAT (Large Area Telescope)
  Das LAT ist das primäre Instrument des Satelliten. Um viele Quellen gleichzeitig aufzufassen, kann das Instrument einen Raumwinkel von mehr als 2 sr (ca. 16% der Himmelskugel) abdecken. Im gesamten Aufnahmespektrum des LAT (30 MeV – 300 GeV) hat das Instrument oberhalb von 10 GeV die höchste Empfindlichkeit. Über Photonen in diesem Bereich ist bisher noch am wenigsten bekannt. Um Gammaquellen genau bestimmen zu können, kann LAT deren Position mit einer Genauigkeit von einer Bogenminute (ca. 1/30 des Monddurchmessers) am Firmament bestimmen. Gleichzeitig muss es die Daten schnell auffassen können, da Gammastrahlenausbrüche vergleichsweise kurze Ereignisse sind. Um Gammaphotonen eindeutig erkennen zu können, muss das Instrument die restliche einfallende kosmische Strahlung, ca. 99,999% der insgesamt einfallenden Strahlung, ignorieren.
• GBM (Gamma Burst Monitor)
  Der GBM ist als sekundäres Instrument an Bord. Mit ihm sollen über einen großen Himmelsbereich sporadisch auftretende GRBs entdeckt werden. Das auffassbare Spektrum reicht von 8 keV bis in den Aufnahmebereich des LAT. Da GRBs Zeitdauern von wenigen Millisekunden bis zu mehreren tausend Sekunden haben, muss der GBM diesen weiten Zeitbereich auflösen können.

Namensgebung
Die technische Bezeichnung GLAST wird 60 Tage nach Missionsbeginn durch einen neuen Namen ersetzt. Dieser wurde in einem öffentlichen Wettbewerb ausgelost, bei dem Abkürzungen oder auch Namen verstorbener Wissenschaftler vorgeschlagen werden durften, welche bei noch keiner anderen NASA-Mission verwandt wurden.

Wissenschaftliche Ziele
Aus der Beobachtung der kosmischen Gammastrahlung und ihrer Quellen erhofft man sich neue Erkenntnisse in vielen Bereichen der Physik und Kosmologie. An mehreren Stellen stößt man in die Grenzbereiche aktueller kosmologischer Modelle vor. Eine Auswahl wichtiger Forschungsziele der Mission ist:

• Dunkle Materie
  Die postulierte dunkle Materie könnte aus noch unbekannten Elementarteilchen bestehen, die ihre eigenen Antiteilchen sind. Bei deren gegenseitiger Vernichtung würden Gammaphotonen freigesetzt. Diese Photonen hätten Energien oberhalb von 100 GeV, würden aber über einen großen Raum verteilt entstehen. Damit ist ihr Aufspüren schwierig. Um die möglichen Signaturen am Sternenhimmel zu erkennen, werden Daten des LHC (Large Hadron Collider) des CERN benötigt, in dem Teilchen der dunklen Materie evtl. künstlich erzeugt werden können, um so die Instrumente von GLAST auf sie zu eichen.
• Schwarze Minilöcher
  Sollten schwarze Minilöcher instabil sein und schrumpfen, müssten sie Strahlung abgeben (Hawkingstrahlung). Am Ende ihrer Lebenszeit müssten diese schwarzen Löcher explodieren. Diese Explosionen ließen sich durch GLAST aufspüren und könnten somit einen indirekten Beweis für die Hawkingstrahlung bringen, da sich diese selbst nicht direkt beobachten lässt. Problematisch ist, dass schwarze Minilöcher nach heutigen Vorhersagen eine minimale Lebenszeit von 13-14 Milliarden Jahren haben. Um heute beobachtet zu werden, müssten sie schon am Anfang des Universums entstanden sein, was als zweifelhaft gilt.

• Neue Dimensionen
  Der Raum besteht evtl. aus mehr als 3 Dimensionen. Alle bisherigen Teilchen und Kräfte sind in den bekannten drei Dimensionen „eingesperrt“. Ein hypothetisches Teilchen, das sog. Kaluza-Kleingraviton, könnte sich durch höhere Dimensionen bewegen. Der Zerfall dieser postulierten Gravitonen ließe sich mit GLAST aufspüren und könnte damit einen Beweis für höhere Dimensionen liefern.
• Verletzung der spez. Relativitätstheorie durch granulare Struktur des Raums
  Evtl. ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit für Photonen im Vakuum nicht konstant und gleich. Sollte die Raumzeit auf kleinen Skalen fluktuieren, könnten energiereichere (kurzwellige) Photonen darauf stärker reagieren als schwache (langwellige). Damit könnten sich für Photonen unterschiedliche Weglängen und damit Ankunftszeiten ergeben. Um diesen Effekt zu überprüfen, müssen gleichzeitig entsandte Photonen weit auseinander liegenden Energien untersucht werden. Gamma Bursts sind geeignete Objekte für diese Untersuchungen.

• Schwarze Löcher, Neutronensterne und Gamma Bursts
  In der Umgebung von schwarzen Löchern und Neutronensternen entsteht Gammastrahlung durch die ausgeworfenen Materiejets dieser Objekte. Für Erkenntnisse über diese Objekte sind Beobachtungen der Gammastrahlung allgemein nützlich. Die Ursache und Quelle für Gamma Bursts ist ebenfalls ein Ziel der Beobachtungen.
• Wechselwirkung zwischen Photonen
  Bei hohen Energien können Photonen miteinander interagieren. Alle Gammaphotonen, welche das Universum durchquert haben, zeichnen damit ein Archiv der vorhandenen (alten) optischen Strahlung im Universum auf, die sie passiert haben. Damit kann man auf die „Menge“ an optischer Strahlung im Universum und auf die Sternentstehungsrate der Vergangenheit schließen.