Experimentelle Astroteilchenphysik
Die Forschungsgruppe von Olaf Reimer hat sich auf die Untersuchung der Signaturen von Wechselwirkungen der kosmischen Srahlung spezialisiert. Erzeugungs- und Verlustprozesse, Beschleunigung und Transport führen zur beobachtbaren Phänomenen im Lichte hochenergetischer Gammastrahlung. Die experimentelle Astroteilchenphysik beschäftigt sich entsprechend mit den Quellen als auch mit den Wechselwirkungen zwischen Primärteilchen- und Kernen der kosmischen Strahlung und deren geladenen bzw. neutralen Sekundärprodukten und nutzt dazu Daten von Weltraumobservatorien als auch Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen.
Forschung auf dem Gebiet der Gammastrahlenastrophysik mit Weltraumteleskopen konzentriert sich auf die Signaturen von Teilchenwechselwirkungen in astrophysikalischen Umgebungen und deren phänomenologischer Interpretation. Daten vom Fermi-Weltraumteleskop werden genutzt, um zugrundelegende Gemeinsamkeiten und Unterschiede bezüglich Spektren, Variabilitätsverhalten, Quellausdehnung bzw. –morphologie bei verschiedenen astronomischen Objekte bzw. Phänomenen zu untersuchen. Das Large Area Telescope des Fermi Gamma-Ray Space Telescope misst Gammastrahlung mit Photonenenergien zwischen 30 MeV bis 300 GeV und kartografiert alle 90 Minuten den Gesamthimmel. Als Mitglied des Instrumentkonsortiums erforschen wir die noch unzureichend verstandenen Binärsysteme, suchen nach neuen Klassen astronomischer Gammastrahlenemitter und studieren die Prozesse der dominanten diffusen galaktischen Gammastrahlung.
Jahrzehntelange Beteiligung an einem der leistungsfähigsten Experimente der bodengestützten Gammastrahlenastronomie, dem High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), gestattet uns, die Beobachtungen über den Energiebereich von Fermi hinaus bis in den hohen TeV-Bereich weiterzuführen. Dieses System von fünf abbildenden Cherenkovteleskopen befindet sich aufgrund der Anforderungen an die Himmelsqualität und dem direkten Blick ins Zentrum der Milchstrasse im Khomas Hochland, Namibia. Gammastrahlenastronomie in diesem Energiebereich gestattet beispielsweise, Schockfronten von Supernovaüberresten nachzuweisen. Die hohe Sensitivität der zugrundeliegenden Nachweismethode erlaubt es, Quellausdehnungen energieabhängig zu vermessen. Als Mitglied der Kollaboration erforschen wir Teilchenbeschleunigung im TeV-Energiebereich und charakterisieren galaktische Gammastrahlungsquellen entsprechend ihrer Morphologie, ihres Variabilitäts- oder Periodizitätsverhaltens. Eine besondere Bedeutung kommt dem Übergang vom Regime der Dominanz von diffuser Emission bei GeVs in die Dominanz von Einzelquellen im TeV-Bereich zu.
Die Zukunft der Gammastrahlenastronomie wird im Cherenkov Teleskope Array (CTA) liegen, dessen Konstruktion bereits begonnen hat. Die Universität Innsbruck ist Gesellschafter des Observatoriums CTAO, das Institut ist Mitglied im Konsortium und an der Vorbereitung des Beobachtungsbetriebes und der Ausführung der Key Science Projects aktiv beteiligt. Darüberhinaus ist die Forschungsgruppe im Konsortium mit dem MPIK Heidelberg und den Universitäten Erlangen, Tübingen und Zürich zum Bau einer neuartigen, volldigitalen Cherenkovkamera für die mittelgroßen Teleskope in CTA involviert. CTAO wird an den Standorten Paranal, Chile und La Palma, Spanien errichtet und ein anspruchsvolles Beobachtungsprogramm über viele Jahre durchführen.
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