3.4 Gamma-Astronomie / Gamma-Ray Astronomy
Gamma-Astronomie wird am Institut im Photonenenergiebereich von etwa 100 keV bis zu einigen GeV betrieben. Das ist der Spektralbereich der weltraumgebundenen Gamma-Astronomie, da diese Strahlung in der oberen Atmosphäre absorbiert wird.	Gamma-ray astronomy is pursued in the institute in the energy range from about 100 keV to a few GeV. This is the spectral region of space-based astronomy, since this radiation is absorbed in the upper atmosphere.
Einen vorläufigen Höhepunkt erreichte die Gamma-Astronomie durch das Compton-Observatorium der NASA, das von 1991 bis 2000 in Betrieb war. Unser Institut war an diesem Vorhaben durch die Experimente COMPTEL und EGRET maßgeblich beteiligt. Das Compton-Obervatorium hat die erste systematische und vollständige Himmelsdurchmusterung im Gamma-Bereich durchgeführt und hat damit für die Astronomie ein neues Fenster geöffnet. Obwohl die Compton-Mission jetzt beendet ist, geht die Auswertung der Daten weiter. Auch im Berichtsjahr wurden noch sechs Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften geschrieben. Insbesondere ist eine Archivierung der gesamten COMPTEL und EGRET Datenbasen vorgesehen, so dass auch spätere Generationen Zugriff zu den Daten haben werden. Über 1000 EGRET- und 790 COMPTEL-Publikationen belegen den außerordentlichen Erfolg der Mission.	A high-point was reached with the NASA Compton Observatory, which was in operation from 1991 to 2000. Our institute was deeply involved in this mission through the COMPTEL and EGRET experiments. The Compton Observatory made the first systematic and complete sky survey in gamma-rays, and so opened a new astronomical window. Although the Compton mission is now over, the evaluation of the data continues. Six publications in referred journal have been written also in the year of this report. In particular the archiving of the entire COMPTEL and EGRET databases is foreseen, so that future generations will also have access to these data. More than 1000 EGRET and 790 COMPTEL publications witness to the extraordinary success of the mission.
Nach dem Ende der Compton-Mission wird jetzt für eine kurze Zeit kein Gammastrahlen-Teleskop in Betrieb sein, aber die nächsten Meilensteine der Gamma-Astronomie stehen bereits fest: im Oktober 2002 wird INTEGRAL - ein Niederenergie-Gamma-Astronomie-Projekt der ESA - gestartet und im Jahr 2006 ist der Start des NASA-Projektes GLAST (ein Super-EGRET-Experiment im Hochenergiebereich sowie ein Gamma-Burst Monitor) geplant. An beiden Projekten ist unser Institut wiederum maßgeblich beteiligt. Darüber hinaus werden am Institut große Anstrengungen unternommen, ein Nachfolgeprojekt mit Namen MEGA im COMPTEL-Energiebereich zu realisieren.	With the end of the Compton mission, there is a short period for which there will be no gamma-ray telescope in operation, but the next milestone is already fixed: October 2002 will see the launch of INTEGRAL - a low-energy gamma-ray project of ESA, and in 2006 the launch of the NASA project GLAST, a super-EGRET experiment in the high-energy range together with a gamma-ray burst monitor, is planned. Our institute is again significantly involved in both projects. In addition great efforts are being made in the institute to realize a follow-up project, called MEGA, in the COMPTEL energy range.
Bei INTEGRAL ist das Institut am Spektrometer SPI involviert: es hat dort die Verantwortung für das Antikoinzidenz-Subsystem (ACS).	The involvement of our institute in INTEGRAL is in the spectrometer SPI. The institute is responsible for the anticoincidence subsystem (ACS).
Im April 2001 wurde das Flugmodell von SPI zur Eichung nach Bruyères-le-Chatel in der Nähe von Paris gebracht. Die Kampagne dauerte 1 Monat und es wurden Eichdaten erzeugt, die Informationen über die räumliche und spektrale Auflösung vom SPI lieferten. Abb. 3-13 zeigt als Beispiel ein Bild im Lichte der 1.173 MeV 60Co-Linie, das von zwei Quellen in einem Abstand von 1° erhalten wurde. Das Bild zeigt, dass die Richtungsauflösung vom SPI mindestens so gut wie geplant ist. Abb. 3-14 zeigt ein Spektrum der 60Co-Quelle im Bereich um die zwei Linien bei 1.173 MeV und 1.333 MeV. Die Energieauflösung beträgt etwa 2.7 keV. Das entspricht den Erwartungen.	In April 2001 the SPI flight model was transported to the French CEA facility at Bruyères-le-Chatel near Paris for calibration. The campaign lasted one month and produced calibration data for both the imaging and spectral response of SPI. Fig. 3-13 shows an example of an image in the 1173 keV line of 60Co, in which the equivalent of several pointings for two sources with 1° separation was obtained. It demonstrates that the intrinsic angular resolution of SPI is at least as good as the targeted 1°. Fig. 3-14 shows a spectrum of the 60Co source around the 1173 and 1333 keV lines; the energy resolution is about 2.7 keV, completely within specification.
Nach Ende der Kalibrierung im Mai wurde SPI an den Hauptauftragnehmer von INTEGRAL, Alenia Spazio in Turin, ausgeliefert. Im Juli wurde der INTEGRAL-Satellit der ESA übergeben und wird momentan in einer Serie von Umwelttests untersucht. Nach Vollendung der mechanischen Vibrationstests des Satelliten im Oktober wurde der Röntgenmonitor JEM-X und das Abbildungsinstrument IBIS an die ESA ausgeliefert und anschließend integriert. Anfang 2002 ist eine gemeinsame wissenschaftliche Kalibrierung der Nutzlast sowie ein Akustik- und Thermaltest geplant (Abb. 3-15).	After the end of the calibration in May SPI was delivered to the INTEGRAL prime contractor Alenia Spazio in Turin, where the entire spacecraft was being assembled. In July the INTEGRAL spacecraft was delivered to ESA and is now undergoing a series of environmental tests. After the completion of the mechanical vibrations tests of the spacecraft in October, the X-ray monitor JEM-X and the imager IBIS instrument were delivered to ESA and integrated subsequently. In beginning of 2002 a common scientific calibration of the payload as well as acoustic and thermal tests are planned (Fig. 3-15).
Abb. 3-13: SPI-Bild zweier radioaktiver 60Co-Quellen im  Abstand on 1 Grad. Fig. 3-13: SPI-Image of two radioactive 60Co sources separated by 1°.	Abb. 3-14: Mit dem Spektrometer SPI aufgenommenes Spektrum der zwei 60Co-Linien bei 1.173 und 1.333 MeV. Fig. 3-14: Spectrum taken by the spectrometer SPI of the two 60Co-lines at 1.173 and 1.333 MeV.
	Abb. 3-15: Photographie des INTEGRAL-Flugmodells. Fig. 3-15: A photo of the flight model of INTEGRAL.
Schließlich ist unser Institut auch stark an der Entwicklung von Software für die SPI-Datenanalyse beteiligt. Schwerpunkte sind dabei Bildrekonstruktionsmethoden und Simulationen, die Wartung des Antikoinzidenz Subsystems und der Nachweis von Gamma-Bursts. Darüber hinaus ist unser Institut auch am INTEGRAL-Datenzentrum in Genf (ISDC) beteiligt - sowohl durch Co-Investigatoren als auch als Lieferant von Software und zwei Software-Entwickler für das ISDC.	MPE is heavily involved in the software development for SPI, with special emphasis on imaging and simulations, the ACS system performance maintenance and burst detection. In addition, we are involved in the INTEGRAL Data Centre (ISDC) near Geneva, both as Co-Investigator and with the provision of software and two software developers at ISDC.
Am "Large-Area-Telescope" der GLAST Mission der NASA sind drei Wissenschaftler des MPE als "Associate Investigators" beteiligt. Sie haben Verantwortung übernommen in den Bereichen "Modell des diffusen galaktischen Hintergrunds", Kalibrierungssoftware und spezielle Analyseverfahren. Eine Hardware Beteiligung ist nicht vorgesehen.	The "Large-Area-Telescope" of NASA's GLAST mission is supported by three MPE scientists as "Associate Investigators". They have taken responsibility particularly in the areas of the "diffuse Galactic emission model", instrument response and special analysis methods. A hardware contribution is not foreseen.
Beim Sekundärinstrument von GLAST, dem GLAST-Burstmonitor (GBM), der Gammastrahlenbursts im Energiebereich von 5 keV bis 30 MeV in einem großen Gesichtsfeld (~9 sr) messen und lokalisieren und die Position dem Hauptinstrument LAT mitteilen soll, ist das Institut dagegen maßgeblich beteilig (zusammen mit dem Marshall Space Flight Center). Im Jahre 2000 konnte noch mit der Phase A begonnen werden. Diese wurde mit einem vorläufigen Entwurf für die Detektoren und die Elektronik im Frühjahr 2001 abgeschlossen. Vom MPE wurden jeweils ein Prototyp eines NaI-Kristalls und eines BGO-Kristalls sowie die dazugehörigen Photomultiplier angeschafft und mit Hilfe einer von der Firma Albedo GmbH entwickelten Elektronik getestet. Da der Energiebereich oberhalb etwa 3 MeV nicht mit radioaktiven Quellen vermessen werden kann, wurde der BGO-Kristall an einem Teilchenbeschleuniger getestet, mit dessen Hilfe Gammaquanten bis zu einer Energie von ~10 MeV erzeugt werden konnten.	The institute is, however, significantly involved (together with the Marshall Space Flight Center) in the secondary instrument on GLAST, the GLAST burst monitor (GBM) which will measure and localise gamma-ray bursts in the energy range from 5 keV to 30 MeV within a large field of view (~9 sr) and communicate this position to the main instrument LAT. The phase A began 2000 and was completed in spring 2001 with a preliminary design for the detectors and the electronics. A prototype of a NaI crystal and a BGO crystal were procured by MPE together with the corresponding photomultiplier tubes. After assembly of the crystals with the photomultipliers the units were tested with electronics developed by Albedo GmbH. Since the energy range above about 3 MeV cannot be measured with radioactive sources the BGO crystal was tested at a particle accelerator which allowed the production of gamma quanta up to an energy of ~10 MeV.
Abb. 3-16: Das MEGA Prototyp Teleskop mit allen Detektoreinheiten. Fig. 3-16: The MEGA prototype telescope with the complete set of detector units.	Abb. 3-17: Drei 137Cs Quellen (662 keV) im Gesichtsfeld des MEGA Prototyp Teleskops. Fig.  3-17: Three 137Cs sources (662 keV) in the field of view of the MEGA prototype telescope.
Der Prototyp des MEGA Mittel Energie Gammateleskops wurde im Berichtsjahr weitgehend fertiggestellt (Abb. 3-16). Im spurgebenden Si-Streifenzähler befinden sich jetzt 10 Lagen mit je 3 x 3 Detektoren, und 20 Module des Kalorimeters aus CsI-Detektoren sind im unteren Halbraum angeordnet. Eichmessungen mit radioaktiven Quellen im Energiebereich von 0.3 bis 1.8 MeV wurden im Labor durchgeführt (Abb. 3-17). Gegenwärtig laufen die Vorbereitungen für Eichmessungen am Gammastrahl der "High-Intensity Gamma-Ray Source" an der Duke University, NC. Dort wird uns ein von ca. 3 bis 55 MeV durchstimmbarer, beinahe monochromatischer Gammastrahl zur Verfügung stehen, welcher nahezu vollständig polarisiert ist. Es wird deshalb bei dieser Eichung erstmals möglich sein, die polarimetrischen Eigenschaften von MEGA experimentell zu bestimmen. Außerdem können mit den hochenergetischen, Compton-gestreuten Ereignissen sowie Paarbildungsereignissen die Abbildungseigenschaften untersucht werden. Die Eichung an der Duke University ist für den März 2002 geplant. Gleichzeitig bereiten wir einen Ballonflug für den MEGA Prototypen vor. Das Instrument und seine Elektronik werden in Druckgefäßen auf einer Ballongondel montiert. Zeitpunkt und Ort des Ballonflugs sind noch nicht definitiv festgelegt.	The prototype of the MEGA medium energy gamma-ray telescope was nearly completed in 2001 (Fig. 3-16)>. The tracking detector now contains 10 layers, each with a 3 x 3 array of double sided Si strip detectors. The calorimeter consists of 20 modules of pixelated CsI detectors which are arranged below and on the sides of the tracker. Calibration measurements using radioactive sources with photon energies between 0.3 and 1.8 MeV were performed (Fig. 3-17). Now preparations for a calibration run at the beam of the High-Intensity Gamma-Ray Source of the Duke University, NC, are underway. There MEGA will be exposed to a nearly monochromatic gamma-ray beam which is tuneable in energy from 3 to about 55 MeV. A very important property of this beam is its nearly complete linear polarization, which will for the first time allow us to experimentally verify the polarimetric capabilities of MEGA. In Addition this will allow imaging using high-energy Compton-scattering and pair-production events. The calibrations at Duke are planned for March 2002. In parallel the design and development of a balloon payload for the MEGA prototype is making progress. The telescope and its electronics will be mounted in pressurized containers on a balloon gondola. Date and place for this balloon flight are not yet finally defined.
Die Satellitenversion des MEGA Teleskops soll ungefähr die 4-fache Fläche und die 3-fache Tiefe des oben beschriebenen Prototypdetektors haben. Der MEGA Satellit sollte in einem möglichst äquatornahen (Inklination <10°) niederen (550 km) zirkularen Erdorbit betrieben werden um den Hintergrund durch geladene kosmische Strahlung zu begrenzen und die beste Sensitivität zu erreichen. Eine Studie zu möglichen Trägerraketen und zum Satellitenbus wurde 2001 von der Firma Kayser-Threde durchgeführt. Als Ergebnis wurde ein kostengünstiger Start mit einer russischen Trägerrakete (SS-18, Volna), mit einer Oberstufe (Varyag) für die Verschiebung der Orbitalinklination zum Äquator, identifiziert. Als Satellitenbus wurde der Proteus Bus von Alcatel Space, der leicht an die MEGA Erfordernisse angepasst werden kann, vorgeschlagen. Damit sind für wichtige Fragen einer MEGA Kleinsatelliten Mission durchführbare Lösungen aufgezeigt worden.	The satellite version of the MEGA telescope will have about 4 times the area and 3 times the depth of the small prototype detector. MEGA is intended to operate in a low inclination (inclination < 10°) low earth (550 km) circular orbit in order to achieve the lowest charged particle radiation environment. This is essential for the instrumental background and therefore for the sensitivity to cosmic gamma-ray sources. A study of suitable low-cost launch options and commercial small satellite busses was performed by the company Kayser Threde. As a result a launch with a Russian rocket (SS-18, Volna) carrying an upper stage (Varyag) for orbital adjustment was identified as a viable option for MEGA. The satellite bus Proteus from Alcatel Space could also easily be adapted to the needs of MEGA and was suggested in this study. Therefore several important questions concerning a possible MEGA mission have been resolved and feasible solutions demonstrated.
Das OPTIMA Photometer wurde im September 2001 am 1.3 m Teleskop des Skinakas Observatorium (Kreta) eingesetzt. Ausführliche Beobachtungen am Crab (Polarisation) und einer Reihe von kataklysmischen Variablen standen auf dem Programm.	The OPTIMA fast timing photometer was used in September at the 1.3 m telescope on Mt. Skinakas, Crete. Extensive measurements on the Crab pulsar (polarisation) and several cataclysmic variables were part of the program.
Das GRO-Projekt COMPTEL wird durch Mittel der DARA/DLR gefördert unter 50.QV.90968. INTEGRAL wird von der DLR unter 50.OG.9503.0, und der GLAST-Burst-Monitor unter 50.QV.0003 gefördert. Wir wurden aus Mitteln der Verbundforschung unterstützt (50.OR.9701.4).	The GRO project COMPTEL is supported by DARA/DLR under 50.QV.90968. INTEGRAL is supported by DLR under 50.OG.9503.0 and the GLAST Burst Monitor under 50.QV.0003. We have received support from the Verbundforschung (50.OR.9701.4).

MPE Jahresbericht 2001 / MPE Annual Report 2001