Neue Schlüsselthemen für den Square Kilometer Array
Schon seit 11 Jahren gibt es die Large Telescope Working Group
der International Union of Radio Science, die über ein
gewaltiges Radiointerferometer sinniert: Der Square Kilometer
Array (SKA) soll, wie der Name unschwer verrät, eine
sammelnde Fläche von einem Quadratkilometer
bekommen, wobei die einzelnen Antennen aber der
räumlichen Auflösung zuliebe über ein
wesentlich größeres Areal verstreut werden. Solch ein
Instrument würde um einen Faktor 100 und mehr
empfindlicher als alles sein, was heute existiert - und bei Kosten
von mindestens einer Milliarde Dollar nur in internationaler
Zusammenarbeit zu realisieren sein. Im August 2000 hatten
Vertreter von 11 Ländern ein Memorandum of
Understanding unterzeichnet (siehe Artikel 98) und
ein Steering Committee gegründet, das das Projekt nun
systematisch vorantreibt.
Im Jahr zuvor war auch eine erste detaillierte wissenschaftliche
Begründung für den SKA aufgeschrieben worden,
doch die ist in den seither verstrichenen fünf Jahren
überraschend schnell veraltet - zahlreiche Entdeckungen
im nahen und fernen Kosmos und insbesondere in der
Kosmologie haben bereits eine komplette Revision nötig
gemacht. Der neue »Science Case« liegt nun als dickes
Buch vor: Die Autoren waren aufgefordert worden, die
brennendsten Fragen der Astrophysik zu benennen und explizit
zu belegen, warum gerade solch ein Super-Radioteleskop
Antworten verspricht. Insbesondere wurden fünf Key
Science Programs (KSPs) definiert: Diese Forschungsprogramme
sollten nicht nur wichtig und nur oder zumindest besonders gut
mit dem SKA zu erledigen sein, sondern es war auch gefordert,
daß sie Astronomen aller Art gleichermaßen begeistern
mögen (und die Geldgeber in den SKA-Nationen ebenso). Die
KSPs heißen
- The Cradle of Life: Dabei geht es um die Entstehung
extrasolarer Planeten aus Staubscheiben aber auch um den
Nachweis biorelevanter Moleküle im All - und um den
möglichen Empfang versehentlich ausgestrahlten Funks
fremder Intelligenzen (»leakage radiation«) von
Planeten naher Sterne.
- Die Strong-Field Tests of Gravity Using Pulsars and
Black Holes basieren auf der Erwartung, daß der SKA
zehntausende neue Pulare finden wird - und sich darunter auch
exotische Systeme (wie etwa ein Pulsar im Orbit um ein Schwarzes
Loch) befinden werden, mit denen man relativistische Physik
betreiben kann (vgl. Artikel
816).
- The Origin and Evolution of Cosmic Magnetism wird
sich erkunden lassen, weil der SKA bis in große Distanzen
über mehrere physikalische Effekte Magnetfelder
nachweisen und erstmals erkunden kann, ob sie (und nicht nur
die Schwerkraft) eine Rolle bei der kosmischen Strukturbildung
spielten. Und woher sie überhaupt stammen.
- Die Galaxy Evolution and Cosmology sind dem SKA
über die Radioemission des neutralen Wasserstoffs in
Galaxien zugänglich, den ein derart empfindliches Teleskop
auch in kosmologischen Distanzen nachweisen kann. Einerseits
läßt sich die Entstehung der Galaxien selbst
untersuchen, und zum anderen die räumliche Verteilung
von einer Milliarde Galaxien ermitteln, woraus sich dann
fundamentale physikalische Erkenntnisse ableiten lassen.
- Probing of the Dark Ages wird der SKA ebenfalls mit
Hilfe des neutralen Wasserstoffs erledigen, jetzt aber im
intergalaktischen Raum zwischen den frühesten Galaxien,
wo es von diesen gerade wieder reionisiert wird. Und die
Bestandteile schon der allerersten Galaxien - molekulares Gas,
Staub, Sternbildung etc. - werden dem SKA ebenfalls
zugänglich sein.
Natürlich kann man jetzt noch nicht sagen, welches dieser
Felder die größten SKA-Entdeckungen hervorbringen
wird (und es wurde sogar diskutiert - aber wieder verworfen - als
sechstes KSP kurzerhand die »Exploration of the
Unknown« aufzunehmen). Aber allein das 4. KSP verspricht
schon Enormes: Die eine Milliarde Galaxien bis Rotverschiebung
1.5, die der SKA erfassen dürfte, erfüllen ein
tausendmal größeres Volumen als die großen
optischen Himmelsdurchmusterungen wie die SDSS erreichen
(vgl. Artikel 868). Und
ihre exakten Rotverschiebungen und damit Entfernungen liefert
die Wasserstoff-Emission (21-cm-Linie) gleich mit: Es wird ein
enorm präzises Bild ihrer räumlichen Verteilung
entstehen - in dem sich genau dieselben Dichtefluktuationen
wiederspiegeln, die auch in die kosmische Hintergrundstrahlung
eingeprägt sind, doch zu einem späteren kosmischen
Zeitpunkt.
Schon jetzt läßt sich ausrechnen, daß sich aus
der Kombination beider Beobachtungen die Natur der
geheimnisvollen Dunklen Energie - und ob sie zeitlich variabel ist -
weit besser ermitteln lassen wird als selbst mit den besten
Messungen der Hintergrundstrahlung alleine (die vom ESA-
Satelliten Planck erwartet werden). Nach nur ein paar Monaten (!)
Meßzeit sollte der SKA z.B. bereits eindeutig klären
können, ob Einsteins Kosmologische Konstante hinter der
Dunklen Energie steckt (also w=-1 ist; siehe Artikel 933) oder Neue Physik. Das freilich nur,
wenn der SKA ein großes Gesichtsfeld haben wird, und das
ist nur bei einigen der immer noch sieben völlig
verschiedenen Bauweisen der Fall, die für das
Interferometer diskutiert werden. Andere Fragestellungen rufen
aber nach höheren Radiofrequenzen, während das
Gesichtsfeld egal ist: Immer stärker zeichnet sich daher ab,
daß der SKA ein Hybridsystem aus mehreren
verschiedenartigen Radiointerferometern werden könnte.
[20.9.2004]
[942] Quelle: ein Vortrag von S. Rawlings (Univ. Oxford) am MPIfR Bonn
am 17.9.2004. Links: die Homepage des SKA, ein
Flyer (2 Seiten PDF) und ein
Paper von Carilli & Rawlings zum neuen Science
Case, eine Broschüre (6 Seiten PDF) - und GPS World
zu einem besonders exotischen SKA-Konzept mit fliegendem Empfänger.
Der niederländische LOFAR macht Fortschritte
und die Initial Test Station liefert schon mit einer Handvoll
Antennen die ersten Radiobilder - aber die ganz große
Version des futuristischen Radioteleskops (vgl. Artikel 790) könnte ganz woanders entstehen:
Sky & Tel.
Das Arecibo-Teleskop beginnt eine besonders umfangreiche
Himmelsdurchmusterung mit dem neuen Empfänger
ALFA, der sieben Punkte gleichzeitig erfaßt:
AP.
Das Radioteleskop Effelsberg bekommt einen
Sekundärspiegel mit Aktiver Optik, um ab 2006 bei
kurzen Wellenlängen noch bessere Resultate zu liefern:
MPIfR PM.
Neue Ergebnisse von Adaptiver Optik mit Laserstern am
Keck-Teleskop liegen vor (s.a. Artikel 757) - das Galaktische Zentrum kann
nun großflächig in hoher Schärfe betrachtet
und die schwache optischen Emission von Sgr A* leichter als zuvor gesehen werden:
Keck PR.
Optisches Interferometer überführt Mira-Sterne - Messungen von
IOTA in Arizona in nahen IR zeigen, daß diese entwickelten Sterne deutlich
kleiner als gedacht sind, sich aber mysteriöserweise mit einer Schale aus
Molekülen umgeben haben: ein
NOAO Press Release
und Artikel von New Scientist
und Space.com.
Die Gravity Probe B hat die Arbeit aufgenommen
Es dauerte doppelt so lange wie geplant, aber der exotische
NASA-Satellit Gravity Probe B (siehe Artikel 889) hat nach vier Monaten intensiven
Tests am 27. August mit den wissenschaftlichen Messungen
beginnen können. Durch die Verzögerungen bei der
Inbetriebnahme wird sich die Meßzeit etwas
verkürzen, aber die wissenschaftlichen Ziele sollten
dennoch alle erreichbar sein. Mindestens zweimal täglich
liefert der Satellit nun Messungen der Achsenlage der Gyroskope,
die tief in seinem Inneren rotieren und die relativistischen
Effekten gehorchend geringfügig driften sollen. Ob sie das
tun, soll erst ganz am Ende der Mission bekanntgegeben werden,
wenn alle Daten sorgfältig ausgewertet sind. Unterdessen
lästern Kritiker, Beobachtungen an einem Neutronenstern
hätten inzwischen genau das nachgewiesen, was eigentlich
die Gravity Probe B als erste schaffen sollte ... [20.9.2004]
[941] Links:
Science@NASA und ein
Status Report
zum Beginn der Messungen - und der
New Scientist
zu den entsprechenden Beobachtungen am Neutronenstern ...
H.E.S.S. entdeckt eine harte Gammaquelle im Galaktischen
Zentrum, die das neue Cherenkov-Teleskop aus
Artikel 516 mit
höherer Winkelauflösung als alle Vorgänger
orten konnte: ein Paper von
Aharonian & al. und
MPG
und PPARC Press Releases.
Die fliegende Sternwarte SOFIA hat ihren ersten Stern
gesehen, freilich noch auf dem Boden stehend, Mitte August -
aber die Integration des amerikanisch-deutschen
Überfliegers kommt gut voran:
Ames Release.
RoboNet ist etabliert, das erste Netzwerk robotischer
2-m-Teleskope auf mehreren Kontinenten, das im Prinzip
Beobachtungen rund um die Uhr erlaubt:
PPARC Press Release.
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