CORSIKA v1.0 was released on Oct. 26, 1989.

The air shower simulation program CORSIKA turned 25 years old last October. CORSIKA is a detailed Monte Carlo program to study the evolution and properties of extensive air showers in the atmosphere. Its first version 1.0 was issued on Oct. 26, 1989 and was primarily designed for the requirements of the KASCADE experiment.

In the design phase 1988 of the KASCADE experiment physicists were lacking an adequate cosmic air-shower simulation program. As no well-documented code could be obtained at that time the development of CORSIKA (COsmic Ray SImulation for KAscade) was initiated. The CORSIKA program allows to simulate interactions and decays of nuclei, hadrons, muons, electrons, and photons in the atmosphere. It gives type, energy, location, direction and arrival times of all secondary particles - above a selected - that are created in an air shower.

 
From the original code of 1989, CORSIKA has then been extended to TeV gamma ray astronomy to be used by high-energy experiments such as the MAGIC telescopes in La Palma and the H.E.S.S. telescopes in Namibia.
Further developments has coupled CORSIKA with other programs to describe hadronic interactions at lower energies and to enable the production of neutrinos, Cherenkov radiation, and radio emission with CoREAS.

In 1996 the upcoming(!) Pierre Auger Observatory required extra special features. To deal with the size of the ultra-high energy cosmic-ray showers, only a so-called thin-sampling of few selected showers are followed and accordingly weighted, while the bulk of particles is dropped to save CPU-time. This thinning has enabled simulations at highest energies within a reasonable time. Numerically solving the differential cascade equations for the different type of particle within a shower was also especially suited for the fluorescence detectors of the Pierre Auger Observatory. 

More than 60 participants attended the CORSIKA School 2014 for the 25^th anniversary of CORSIKA. The school is intended to provide PhD students and young researchers the knowledge needed to simulate and understand extensive air showers.

Thomas Bretz und Daniela Dorner, preisgekrönt für einen technologischen Durchbruch in der Astroteilchenphysik. (Fotos: privat / Peter Winandy) Dieses Teleskop (First G-APD Cherenkov Teleskop) in der Europäischen Nordsternwarte auf La Palma arbeitet mit der neuen Kameratechnologie – auch bei Vollmond. (Foto: Daniela Dorner)

Für ihre hervorragende Arbeit auf dem Gebiet der experimentellen Astroteilchenphysik hat die DPG den Gustav-Hertz Preis 2015 an Thomas Bretz, jetzt an der RWTH Aachen, und Daniela Dorner von der Universität Würzburg verliehen.   Die zwei Preisträger hätten der Astroteilchenphysik durch ihre Beiträge zur Verbesserung von Tscherenkow-Teleskopen "einen originellen und zukunftsweisenden Impuls" gegeben, wie es in der Laudatio der DPG heißt. Dieser Erfolg gelang Bretz und Dorner im Rahmen des deutsch-schweizerischen Projekts FACT (First Geiger-Mode Avalanche Photodiode Cherenkov Telescope), an dem auch Wissenschaftler der TU Dortmund, der ETH Zürich und der Universität Genf beteiligt sind.   Tscherenkow-Teleskope für die bodengebundene Beobachtung kosmischer Gammastrahlung beruhten bislang auf dem Einzelphotonennachweis mithilfe von Photomultiplier-Röhren (PMTs). Die Kameras bilden das Tscherenkowlicht von Luftschauern ab, die beim Eindringen kosmischer Strahlung in die Erdatmosphäre ausgelöst werden. Da PMTs während heller Mondphasen überlasten und abgeschaltet werden müssen, entstehen regelmäßig Datenlücken bei der Beobachtung. Aber eine kontinuierliche Beobachtung ist gerade bei helligkeitsveränderlichen astronomischen Quellen wichtig. Besonders aktive Galaxienkerne zeigen extreme Helligkeitsschwankungen, die für das Verständnis physikalischer Prozesse in der Nähe Schwarzer Löcher wichtig sind. Um hier einen Fortschritt zu erzielen, waren hoch empfindliche Photosensoren nötig, die wenig Strom und keine Hochspannungsversorgung brauchen, gleichzeitig aber eine Nanosekunden-Zeitauflösung besitzen.   Die FACT Kollaboration griff eine Idee von Eckart Lorenz vom Max-Planck-Institut für Physik in München auf und entwickelte erstmals ein Tscherenkow-Teleskop mit siliziumbasierten Photosensoren. Die Kamera verfügt über 1440 Bildelemente bestehend aus Arrays von Avalanche Photodioden im Geiger-Betrieb, sogenannten Silizium Photomultipliern (SiPMs), und einer DRS4 Ausleseelektronik vom Paul-Scherrer-Institut. Die Kamera wurde an der ETH Zürich gebaut und in einem Teleskop installiert, das sich auf der Kanareninsel La Palma, im Observatorium auf dem Berg Roque de los Muchachos, 2200 Meter über dem Meeresspiegel befindet.

Dieser FACT-Kamera macht ein Zuviel an Mondlicht nichts aus. Bretz gelang es, das Kamera- und Triggerdesign so zu optimieren, dass eine Empfindlichkeitssteigerung des Instruments und eine Verbesserung der Datenqualität gegenüber den bisher eingesetzten PMTs erreicht werden konnte. Den weitaus höheren Datenstrom aus dieser Kamera konnte dann Dorner mit Datenbanken "zähmen". Akribisch untersuchten sie die Performanz der Kamera, bis sie durch ein ausgeklügeltes Rückkopplungsystem eine gleichbleibend hohe Konsistenz der Daten erreichten. "Ohne diese großartige Kollaboration und die engagierte Arbeit jedes Einzelnen wäre dieser Erfolg nicht möglich gewesen", darin sind sich die beiden Preisträger einig.

Die Beobachtungen werden über das Internet ferngesteuert und die Ergebnisse in Realzeit auf einer Webseite öffentlich zugänglich gemacht. Dies schafft optimale Bedingungen für die Durchführung von Target of Opportunity Beobachtungen und Multifrequenzkampagnen. Die hohe Datenqualität lädt zu zukunftsweisenden Ansätzen für die automatisierten Datenanalyse ein, wie sie heute an der TU Dortmund entwickelt werden. Was ursprünglich einmal als Jux der beiden Preisträger gedacht war, wurde Wirklichkeit: Beobachtungen mit dem neuen System lassen sich über ein Smartphone-Interface steuern. Denn Bretz und Dorner ist es gelungen, die komplexe Funktionalität der FACT-Technik wie bei einem Schweizer Taschenmesser einzukapseln und zu automatisieren.

SiPM-Kameras gehören dank FACT inzwischen zur "proven technology", die auch bei zukünftigen Großgeräten wie dem Cherenkov Telescope Array (CTA) eingesetzt werden wird. Vielleicht kann mit FACT eines Tages auch die Idee verwirklicht werden, die die beiden Preisträger schon vor Jahren umtrieb: Ein Netzwerk von weltweit verteilten Tscherenkow-Teleskopen soll die Datenlücken schließen, die sich durch die Erdrotation ergeben.

Der Gustav-Herz-Preis ist mit 7.500 Euro dotiert und wird seit 1993 für eine hervorragende, kürzlich abgeschlossene Arbeit aus dem Kreise der jüngeren Physikerinnen und Physiker verliehen. Das gab die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) am 27. November bekannt. Die Auszeichnung wird im März 2015 während der DPG-Jahrestagung in Berlin überreicht.

Pressemitteilung: DPG

This spare telescope of the Pierre Auger Observatory
will soon be used into the FUNK experiment to hunt for hidden photons.
(credit: Ralph Engel)

What happens when HAP dark-matter physicists meet HAP cosmic-rays physicists at a HAP workshop? They set up a new experiment! The upcoming experiment FUNK (Finding U(1)'s of a Novel Kind) which aims to measure "hidden photons", will use a portion of a spherical, metallic mirror which was previously used as a prototype for the fluorescence telescopes of the Pierre Auger Observatory.

The idea came from a publication of 2012 and was thoroughly discussed during the HAP workshop "Dark Matter: A Light Move" mid-2013. Scientists from DESY, the Karlsruhe Institute for Technology (KIT) and other institutes in Europe are using a portion of a spherical, metallic mirror to look for hidden photons.

Hidden photons are candidates for light dark matter. Unlike WIMPs they would have a small mass and would interact – albeit very weakly – electromagnetically with normal matter. Their interaction with electrons would produce regular photons being emitted at right angles to the conductor's surface – the photon's frequency related to the hidden photons mass. Using a spherical mirror would concentrate this light at the sphere's centre, where a receiver could then pick up the dark-matter-generated photons, whereas any background light bouncing off the mirror will be out of focus.

An ideal mirror for such detection is at hand: a 13 m² aluminium mirror used in tests during the construction of the Pierre Auger Observatory and located at the Karlsruhe Institute of Technology. The newly FUNK collaboration is now readying the mirror. Position of each of its 36 segments has to be optimized to minimize the spot size of the focused waves. And background radiation within the shielded room that will house the experiment has to monitored. As for receivers, the most likely option is a set of low- noise photomultiplier tubes for measurements of visible light, which corresponds to hidden-photon masses of about 1 eV/C². Or with more shielding around the experiment a receiver for gigahertz radiation, which corresponds to masses less than 0.001 eV/C² is also a possibility.

Depending on the ongoing background studies and performance of the mirror, the DESY/KIT experiment will be able to operate across quite a broad range of frequencies. And if not the first to search for hidden photons, FUNK will be one of the first to look for hidden photons as Dark Matter.

More reading: Physics world - Dark matter could light up giant mirror
Publication: Hidden Photon Dark Matter Search with a Large Metallic Mirror, B. Döbrich, K. Daumiller, R. Engel, M. Kowalski, A. Lindner, J. Redondo, M. Roth, Contributed to the 10th Patras Workshop on Axions, WIMPs and WISPs at CERN

Der Detektor AMS (Alpha-Magnet-Spektrometer) auf der Internationalen Raumstation ISS.
Mit diesem Teilchendetektor erforschen Wissenschaftler Ursprung und Natur der kosmischen Strahlung.
(Foto: NASA)

Die neuesten Ergebnisse der Messung hochenergetischer Teilchen mit dem Detektor AMS auf der Internationalen Raumstation ISS vertiefen das Verständnis des Ursprungs und der Natur der kosmischen Strahlung. An dem Experiment ist eine Nachwuchsgruppe des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) unter Leitung von Dr. Iris Gebauer maßgeblich beteiligt: Sie wirkte federführend bei der Messung des Gesamtflusses von Elektronen und Positronen mit. Der Sprecher des AMS-Projekts, Professor Samuel C. C. Ting, stellte die Ergebnisse nun am Forschungszentrum CERN vor.

Energiereiche Teilchen, welche die Erde erreichen, liefern wichtige Informationen über das Universum. Um die ursprüngliche Zusammensetzung und Energie dieser Teilchen zu bestimmen, ist es erforderlich, sie mit einem Detektor außerhalb der Atmosphäre zu vermessen. Dies ist die Aufgabe des Teilchendetektors AMS (Alpha-Magnet-Spektrometer), der im Mai 2011 auf der Internationalen Raumstation ISS installiert wurde. Entwickelt und gebaut wurde der Teilchendetektor von mehr als 500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 16 Ländern. Das AMS-Instrument verfügt über einen Spurdetektor, der von einem ringförmigen Permanentmagneten umgeben ist. Dieser Magnet zwingt die durchfliegenden geladenen Teilchen auf Kreisbahnen, aus deren Krümmung die Wissenschaftler die elektrische Ladung der Teilchen und ihre Energie bestimmen können.

Forscher des Instituts für Experimentelle Kernphysik (IEKP) des KIT wirkten unter Leitung von Professor Wim de Boer bei der Entwicklung und Konstruktion mehrerer Komponenten des Detektors AMS mit. Zur Analyse der Daten richtete das KIT 2011 die Young Investigator Group (YIG) „Cosmic Ray Transport Models for Dark Matter Searches with AMS-02“ unter der Leitung von Dr. Iris Gebauer ein. Die YIG hat die Messung des Gesamtflusses von Elektronen – negativ geladenen Elementarteilchen – und Positronen – Antiteilchen der Elektronen mit entgegengesetzter Ladung – federführend vorgenommen.

Die nun vom AMS-Projektsprecher Professor Samuel C. C. Ting vorgestellten Ergebnisse basieren auf rund 41 Milliarden Ereignissen, die mit dem Detektor AMS in den vergangenen drei Jahren aufgezeichnet wurden. Rund zehn Millionen davon wurden als Elektronen und Positronen identifiziert. Dabei hat der Detektor AMS den Positronen-Anteil, das heißt das Verhältnis der Anzahl gemessener Positronen zur Gesamtsumme der Positronen und Elektronen, im Energiebereich von 0.5 bis 500 Giga-Elektronenvolt (GeV) gemessen. Ab einer Energie von acht GeV steigt dieser Anteil rasch an. Wie nun erstmals gezeigt, erreicht er bei etwa 275 GeV ein Maximum, jenseits davon fällt der Positronen-Anteil wieder ab. Dies deutet auf eine neue Quelle von Positronen hin. „Kollisionen von Teilchen der Dunklen Materie können einen Positronen-Überschuss erzeugen“, erklärt Dr. Iris Gebauer vom KIT: „Allerdings könnten die Positronen auch von astrophysikalischen Punktquellen kommen, beispielsweise von Pulsaren, das heißt schnell rotierenden Neutronensternen.“

Zudem nahmen die Forscher mit dem Teilchendetektor AMS präzise Messungen des Elektronen- und Positronen-Flusses vor, das heißt, sie ermittelten die Intensitäten der Elektronen und Positronen in der kosmischen Strahlung. Die Messungen zeigten erstmals quantitativ, wie sehr sich Elektronen und Positronen in der Energieabhängigkeit und in der Intensität des Flusses unterscheiden. Im Bereich zwischen 20 und 200 GeV ergab sich überraschenderweise, dass die Änderungsrate des Positronen-Flusses höher ist als die Änderungsrate des Elektronen-Flusses. Damit wird klar, dass der Überschuss des Positronen-Anteils auf einen relativen Überschuss von hochenergetischen Positronen zurückzuführen ist – wie er von Pulsaren oder bei der Kollision Dunkler Materie zu erwarten ist –, und nicht auf den relativen Verlust beziehungsweise die relative Abnahme hochenergetischer Elektronen. Die Beobachtungen belegen den fundamentalen Unterschied zwischen Elektronen und Positronen, das heißt Materie und Antimaterie.

Die Messung des Summenflusses von Elektronen und Positronen mit dem Teilchendetektor AMS, welche die YIG von Dr. Iris Gebauer mit Beteiligung von Wissenschaftlern des Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Perugia/Italien vornahm, gibt die Gesamtintensität beider Teilchenarten an. „Sie ist die bisher präziseste Messung des Elektronen- und Positronen-Flusses und bestimmt den Fluss der Strahlung bis zu Energien von 1000 GeV mit höchster Genauigkeit“, berichtet Gebauer. „Verglichen mit der Messung des Positronen-Flusses, bedeutet dies eine Verdopplung des Energiebereichs.“ Die Forscher können nun mit einem vier Meter großen Präzisionsdetektor im Weltall Energiebereiche vermessen, die auch mit riesigen Luftschauerexperimenten auf der Erdoberfläche zugänglich sind. Das stellt ein wichtiges Bindeglied zum Verständnis der kosmischen Strahlung und ihrer Quellen dar. „Frühere Experimente haben Strukturen im Bereich von 300 bis 800 GeV im Gesamtfluss entdeckt, die auf neue physikalische Effekte hingewiesen haben. Unsere Messung zeigt, dass der Gesamtfluss von Elektronen und Positronen bis zu Energien von 1 000 GeV einen glatten Verlauf zeigt, der sich mit einer zusätzlichen Komponente energetischer Positronen erklären lässt“, erklärt die Nachwuchsgruppenleiterin.

Künftig sollen weitere Messungen mit dem Detektor AMS zeigen, ob der beobachtete Positronen-Überschuss tatsächlich auf die Existenz Dunkler Materie zurückzuführen ist oder aber von wenigen astrophysikalischen Punktquellen herrührt. Dazu messen die Wissenschaftler der YIG von Dr. Iris Gebauer die Richtungsabhängigkeit der hochenergetischen Positronen. „Dunkle Materie ist weit verteilt, eine Punktquelle befindet sich an einem bestimmten Ort“, erläutert Gebauer.

Die neuen Ergebnisse des AMS-Experiments wurden in der Fachzeitschrift Physical Review Letters (113, 121102 – 18. September 2014) veröffentlicht. 

Pressemitteilung: KIT
Publikation: Electron and Positron Fluxes in Primary Cosmic Rays Measured with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station, M. Aguilar et al. (AMS Collaboration), Phys. Rev. Lett. 113, 121102 (2014)

The neutrino experiment Borexino in the INFN Gran Sasso Laboratories has managed to measure the energy of our star in real time: the energy released today at the centre of the Sun is exactly the same as that produced 100,000 years ago.

For the first time in the history of scientific investigation of our star, solar energy has been measured at the very moment of its generation. This has been announced by the Borexino experiment at the Gran Sasso National Laboratories (LNGS) of the Italian National Institute for Nuclear Physics (INFN). The study is published on August 28th, 2014 in the prestigious international journal Nature.

Borexino has managed to measure the Sun’s energy in real-time, detecting the neutrinos produced by nuclear reactions inside the solar mass: these particles, in fact, take only a few seconds to escape from it and eight minutes to reach us. Previous measurements of solar energy, on the other hand, have always taken place on radiation (photons) which currently illuminate and heat the Earth and which refer to the same nuclear reactions, but which took place over a hundred thousand years ago: this, in fact, is the time it takes, on average, for the energy to travel through the dense solar matter and reach its surface. The comparison between the neutrino measurement now published by Borexino and the previous measurements concerning the emission of radiant energy from the Sun shows that solar activity has not changed in the last one hundred thousand years. "Thanks to the results of this new Borexino research we have seen, via the neutrinos produced in the proton-proton (pp) reaction, that it is the chain of pp nuclear fusions which makes the Sun work, providing precisely the energy that we measure with photons: in short, this proves that the Sun is an enormous nuclear fusion plant," says Gianpaolo Bellini, one of the fathers of the Borexino experiment.

The Borexino detector, installed in the INFN underground Laboratories of Gran Sasso, has managed to measure the flux of neutrinos produced inside the Sun in the fusion reaction of two hydrogen nuclei to form a deuterium nucleus: this is the seed reaction of the nuclear fusion cycle which produces about 99% of the solar energy. Up until now, Borexino had managed to measure the neutrinos from nuclear reactions that were part of the chain originated by this reaction or belonging to secondary chains, which contribute significantly less to the generation of solar energy, but which were key to the discovery of certain crucial physical properties of this "ephemeral" elementary particle, the neutrino.

The difficulty of the measurement just made is due to the extremely reduced energy of these neutrinos (they have, in fact, a maximum energy of 420 keV), the smallest one compared to the other neutrinos emitted by the Sun, which also have energy levels so low as to make it almost impossible to measure them and which only Borexino was and is able to measure. This performance makes Borexino a detector unique in the world, and it will remain so for a number of years, thanks to state-of-the-art technologies used in its construction, which have allowed not only the neutrinos emitted from the Sun but also those produced by our Earth to be studied.

Press release: INFN, TUM
Publication: Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun, Borexino Collab., Nature 512, 383–386 (2014)
More reading: Nature - News: Long-sought neutrinos answer burning question about the Sun,
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On the 10th April 2014, the 12 country delegates mandated by their governments to decide about the start of site negotiations for CTA met in Munich. They took note of the report of the international Site Selection Committee (SSC) and thanked the members of the SSC as well as the CTA consortium for their extensive inputs on the merits of the proposed sites.

The delegates representing Argentina, Austria, Brazil, France, Germany, Italy, Namibia, Poland, Spain, South Africa, Switzerland and the UK decided, based on the 75% majority required, to start the negotiations on the two sites in the southern hemisphere, namely Aar in Namibia and ESO (European Southern Observatory) in Chile, keeping Leoncito in Argentina as a third option. After negotiations finally one site will be selected at the end of the year. With the selection of the potential telescope sites in the southern hemisphere an important step towards the realization of the international Cherenkov Telescope Array has been made.

As far as the northern site of the CTA Observatory is concerned – candidate sites are located in Mexico, Spain and the USA - further considerations are necessary.Therefore, the delegates decided to postpone their decision and to ask the CTA board of agency representatives – the Resource Board - to take this forward.The decision for the negotiations about the northern hemisphere site will be taken as soon as possible.

“We are very happy that this important step has been reached” said B. Vierkorn-Rudolph, chair of the CTA Resource Board. “CTA will be a unique large-scale infrastructure for astronomy - with this decision we now can start the negotiations with the potential site countries in the southern hemisphere and advance the implementation of CTA”. The spokesperson of the CTA Consortium, Professor Werner Hofmann said “The site choice is on the critical path towards implementing CTA; this decision represents a major step forward and we appreciate very much the engagement and support of the funding agencies and the country delegates involved in the decision”.

Press release: CTA, Symmetry Magazine

	Links: Prof. Dr. Blümer (HAP spokesperson) und Prof. Dr. von Feilitzsch, Recht: Prof. Dr. Blümer und Prof. Dr. Schatz, Leider konnte Prof. Dr. Völk die Verleihung nicht teilnehmen. (Bild: HAP/B.v.Puttkamer)

Im Ruhestand der Helmholtz-Allianz für Astroteilchenphysik erhalten drei Wissenschaftler ein Senior Fellowship in 2013:

• Prof. Dr. Franz von Feilitzsch (TU München),
• Dr. Gerd Schatz (KIT) und
• Prof. Dr. Heinrich J. Völk (MPIK Heidelberg)

Die Zeremonie hat zu Beginn der Mitgliederversammlung des Fachverbands Teilchenphysik der DPG in der Johannes Gutenberg-Universität Mainz am 27. März 2014.

Die Auszeichnung ist mit einem frei verwendbaren Betrag, Reisemittel für Konferenzen und Schulen im Zusammenhang mit HAP sowie mit Fördermöglichkeiten von wissenschaftlichen Vorhaben aus Mitteln der Allianz verbunden. So können die anerkannten Wissenschaftler weiter in die aktuelle Forschung eingebunden bleiben und ihr über Jahrzehnte angesammeltes Wissen weitere einsetzen. Das Förderinstrument dient darüber hinaus der weitere Vernetzung und Profilierung der Allianz.

Mehr Bilder hier

	Die drei "Senior Fellows" 2013: Franz von Feilitzsch, Gerd Schatz und Heinrich J. Völk. (Quelle: Privat)

Die Helmholtz-Allianz für Astroteilchenphysik hat auch in 2013 wieder drei Kollegen mit dem Status "Senior Fellow" ausgezeichnet: Franz von Feilitzsch, Gerd Schatz und Heinrich J. Völk. Wir haben nun die Gelegenheit identifiziert, die Verleihung vorzunehmen:

Donnerstag, 27. März 2014 um 19:30 Uhr in der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

zu Beginn der Mitgliederversammlung des Fachverbands Teilchenphysik der DPG. Der Hörsaal wird noch bekannt gegeben.

Wir laden Sie/Euch herzlich zur Teilnahme ein!

More about the Pierre Auger Observatory: A documentary produced by Hyperraum.TV, featuring Auger scientists and one of the project managers Dr. J. Kleinfeller - [DE] Weltraumteilchen im Wassertank

Das Universum in bis zu einer Milliarden Lichtjahre Entfernung von der Erde.
Der Shapley-Superhaufen befindet sich rechts von der Milchstraße.
(Bild: R. Powell)

Die Lokale Gruppe, in der sich unser Milchstraßensystem befindet, rast mit rund zwei Millionen Stundenkilometern durch das Weltall. Wissenschaftler rätseln, was die Ursache für diese kosmische Raserei ist. Ein internationales Forscherteam aus den USA, Frankreich, Australien und China unter Beteiligung der Physiker der Universität Bonn kommt nun zu dem Schluss, neben dem gigantischen Shapley-Superhaufen bringe eine weitere riesige Masse mit ihrer Gravitation die Lokale Gruppe auf Touren.

Mit der Andromeda-Galaxie, dem Dreiecksnebel (M33) und kleineren Galaxien bildet das Milchstraßensystem die Lokale Gruppe. „Der Grund für die rasante Fahrt und die Ursache für ihre Bewegungsrichtung sind bis heute nicht schlüssig erklärt", sagt Marek Kowalski von der Universität Bonn. Das Forscherteam hat jedoch einen Ansatz gefunden, wie sich das Bewegungsprofil der Lokalen Gruppe erklären ließe. In dem Konsortium ist auch Saul Perlmutter vertreten, der im Jahr 2011 den Physik-Nobelpreis erhielt.

Im Rahmen des Nearby-Supernova-Factory-Projekts nutzte das Wissenschaftlerteam mehr als 100 Supernovae-Beobachtungen vom Typ Ia mit dem 2,2-Meter-Teleskop der Universität Hawaii auf dem Gipfel des Vulkans Mauna Kea. Die Forscher verwendeten sie als eine Art Leuchttürme im All: „Anhand ihrer Helligkeit können wir feststellen, wie weit entfernt die Supernovae sind und mit welcher Geschwindigkeit sie sich im Weltraum bewegen", erklärt Marek Kowalski.

Wie bei einer Zwiebel teilten die Forscher den Weltraum um die Erde in einzelne kugelförmige Schalen auf und bestimmten anhand der sich darin befindenden Supernovae die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung dieser Teilräume. „Unsere Hypothese war, dass für die Bewegung der Lokalen Gruppe die Anziehungskraft einer gigantische Masse die Ursache ist", sagt Ulrich Feindt, Doktorand bei Kowalski und Erstautor der Studie. In der Vorzugsrichtung der durch das Universum rasenden Lokalen Gruppe befindet sich der Shapley-Superhaufen (SCI 124), die größte Ansammlung von Sternensystemen in einer Entfernung von 650 Millionen Lichtjahren zur Milchstraße.

„Unsere Berechnungen ergaben jedoch, dass die Gravitation des Shapley-Superhaufens nicht ausreicht, um das Geschwindigkeitsprofil der Lokalen Gruppe zu erklären", berichtet Kowalski. „Wir müssten eine zweite, noch einmal annähernd gleichgroße Masse hinzufügen, um auf die erforderliche Anziehungskraft zu kommen." Die Wissenschaftler vermuten, dass es sich bei dieser rätselhaften gigantischen Masse um eine lockere Ansammlung verschiedener Galaxien handeln könnte, der sogenannten Sloan Great Wall. Die Gravitation dieser Agglomeration und des Shapley-Superhaufens zusammen könnten nach den Erkenntnissen der Forscher sowohl die Geschwindigkeit als auch die Bewegungsrichtung der Lokalen Gruppe erklären.

Die Studie ist die bislang umfassendste zum Thema. Das internationale Forscherkonsortium verwendete ein Schalenmodell und Daten, die nahezu doppelt so tief in den Weltraum hineinreichen wie die vorangegangener Arbeiten. „Wir konnten damit zeigen, dass Strukturen in rund einer Milliarde Lichtjahre Entfernung noch einen Einfluss auf die Bewegung der Lokalen Gruppe haben", sagt Kowalski.

Pressemitteilung: U. Bonn / DE im pro-physik.de
Publikation: Measuring cosmic bulk flows with Type Ia Supernovae from the Nearby Supernova Factory, U. Feindt et al., A&A 560, A90 (2013)