Von Brandenburg ins Universum

Wie ist unsere Galaxie entstanden? Gibt es Spuren und Beweise von astronomischen Ereignissen? Bei DESY in Zeuthen will ein internationales Team aus 36 Nationen den Geheimnissen des Universums auf die Spur kommen und dem Weltall spannende Geheimnisse entlocken.

„Es ist ein uralter Menschheitstraum: Wir wollen verstehen, wie alles um uns herum funktioniert“, erklärt Astroteilchenphysiker Christian Stegmann des Zeuthener Instituts. Seit 2011 leitet er den dortigen Standort des Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY mit dessen Zentrale in Hamburg. Bereits vor 1990 wurde direkt am Zeuthener See im Institut für Hochenergiephysik internationale Spitzenforschung betrieben; 1991 wurde es im Zuge der Abwicklung der Akademie der Wissenschaften der DDR zu einem zweiten Standort von DESY und gehört somit zur Helmholtz-Gemeinschaft, einem Mitgliedsverbund aus 18 unabhängigen Forschungszentren.

„Hier in Zeuthen haben wir ausgezeichnete Arbeits- und Forschungsbedingungen“, schwärmt Stegmann, der seit 2011 außerdem eine Professur für Astroteilchenphysik an der Universität Potsdam innehat. „Wir spüren, dass das Land Brandenburg ernsthaft am Ausbau der hiesigen Spitzenforschung interessiert ist – im Gegenzug leisten wir mit unseren 300 Mitarbeitern einen Beitrag zur Stärkung der Region.“ Und umfangreiche Forschungsprojekte sorgen dafür, dass die Astrophysik noch lange in Zeuthen zu Hause bleibt.

Unsichtbaren Geheimnissen auf der Spur

Die Zeuthener Forscherinnen und Forscher betreiben astronomische Detektivarbeit. Allerdings suchen sie die berühmte Stecknadel nicht im Heuhaufen, sondern im Universum. „Wir alle sind tagtäglich von Materie umgeben, aber auf den zweiten Blick ergibt sich geradezu ein unsichtbares kosmisches Bombardement“, erklärt Stegmann. Pausenlos ergießen sich massenhaft Neutrinos aus dem Kosmos über die Erde und durch sie hindurch, durch Menschen, Wände oder diese Ausgabe des Lokal-Reports. Doch warum bekommen wir davon nichts mit? „Neutrinos haben fast keine Wechselwirkung. Man merkt und sieht nicht, wenn sie auf uns treffen oder in der Sekunde milliardenfach durch unseren Daumennagel rauschen.“ Diese Botschafter des Universums sind nach ihrer Millionen oder gar Milliarden Jahre langen Reise unsichtbar – aber was, wenn man diese kosmischen Geschichtsbücher „einfangen“ könnte?

„Nur ein einziges Neutrino bestätigt ein kosmisches Ereignis, etwa eine Supernova oder ein Schwarzes Loch“, erklärt Astrophysiker Stegmann. Und das Zeuthener Forschungsteam war bereits erfolgreich: Am Südpol befindet sich mit „IceCube“ eine Lupe der Superlative zwei Kilometer tief im Eis. „Normalerweise bleiben Neutrinos unerkannt. Aber ganz, ganz selten haben wir Glück und ein minimaler Lichtblitz führt uns auf seine Schliche.“ Mehr als 5000 Sensoren halten in der Antarktis ihre Augen offen. Doch ließe sich die Suche nicht viel bequemer bewerkstelligen, im gemütlicheren Zeuthen statt in der unwirtlichen Eiswüste? „Der Neutrino-Nachweis gelingt wie gesagt nur ganz, ganz selten; man braucht dafür ein großes, klares und transparentes Volumen, und dafür ist das Eis tief unter dem Südpol perfekt“, erklärt Stegmann. Die Suche hatte Erfolg: Pro Jahr gehen den Forschern eine Handvoll Neutrinos ins Netz. „Das klingt nicht viel, aber nur ein einziges dieser Teilchen beweist die Existenz eines Großereignisses vor Milliarden Jahren.“

Ein Observatorium der Superlative

Neben Neutrinos berichten weitere Botschafter von der Vergangenheit des Universums: kosmische Gammastrahlen. Die Erdatmosphäre hält sie mit ihrer tödlichen Wirkung glücklicherweise von der Erdoberfläche fern, doch wie können Astrophysiker sie für ihre Forschung trotzdem nutzbar machen? „Die Natur hält hier einen Trick bereit: Wenn sie auf die Atmosphäre treffen, entstehen kurze Lichtblitze . So ein Leuchteffekt ist vielleicht nicht ganz unbekannt: Wenn Sie sich in Reportagen über Atomkraftwerke immer über das blaue Leuchten des Wassers im Abklingbecken gewundert haben – jetzt wissen Sie warum: Die Strahlung aus den Brennstäben trifft auf das Wasser, und dieses beginnt dann blau zu leuchten.“ Denselben Effekt wolle man mit Gamma-Teleskopen der Superlative einfangen – auf La Palma und in Chile würden derzeit riesige Teleskope errichtet, die in drei Jahren und nach einer Investition von bis zu 300 Millionen Euro einsatzbereit sein sollen.

Die Standorte seien aufgrund ihrer klaren Luft und der fehlenden Lichtverschmutzung ideal – ihre Daten sollen in Zeuthen zentral ausgewertet werden. Wo Paddler ihre Bahnen ziehen und Angler auf den großen Fang hoffen, entsteht wenige Meter nebenan auf dem Zeuthener DESY-Campus ein Datenzentrum der Superlative, um die Rätsel des Universums zu entschlüsseln.

Gute Bedingungen für Spitzenforschung – trotz Corona

Finanziell ist die Forschung indessen keine leichte Kost und nur durch die staatliche Finanzierung des DESY zu stemmen – 90 Prozent des Budgets stammen aus Bundesmitteln. Das Bundesland Hamburg finanziert mit den übrigen 10 Prozent den DESY-Hauptstandort in der Hansestadt, aus Potsdam kommen die verbleibenden 10 Prozent für den Zeuthener Standort. „Diese Finanzierung ist für mich etwas ganz Besonderes – sie ist ein Signal, dass das Land Brandenburg die Spitzenforschung in der Region unterstützt und stärkt“, freut sich Stegmann. Damit sieht der Astrophysiker Zeuthen in einer aufstrebenden Forschungs- und Industrieregion: Im benachbarten Wildau stärke die Technische Hochschule den Bildungs- und Forschungsstandort, und nur wenige Kilometer entfernt entstehe in Königs Wusterhausen ein Technologiepark in der Nähe des dortigen Funkerbergs.

Die Corona-Pandemie habe der Forschung bei DESY in Zeuthen glücklicherweise keine Rückschläge gebracht, so Stegmann. Dank gegenseitiger Rücksichtnahme und eines sicheren Arbeitsumfeldes sei der Zeuthener Forschungsstandort bisher gut durch die Krise gekommen. Diese berge zugleich ein enormes Arbeits- und Forschungspotenzial. „Wir richten den Blick nicht nur ins Universum, sondern an unserem Standort in Hamburg in die andere Richtung, nämlich auf die molekulare Ebene. Mit molekularer Infektionsforschung wollen wir untersuchen, wie das Coronavirus auf Medikamentenmoleküle reagiert. Noch immer gibt es kein wirksames Medikament gegen Covid-19. Wir hoffen, dass wir durch unsere Tests eines Tages einen Wirkstoff gegen das Virus entdecken, das uns seit über einem Jahr in Atem hält.“

Philipp Hochbaum