vom 17.-26.1.2002
Zu den aktuellen Meldungen
LOFAR: Ein vollständig digitales Radioteleskop wie aus der Zukunft
Ein astronomisches Teleskop, das ständig den gesamten Himmel überwacht, nach einem plötzlichen Himmelsereignis nicht nur auf die Quelle scharfstellen, sondern ihre Entwicklung und Vorgeschichte noch viele Minuten rückwärts verfolgen kann - und das ganze aufgebaut aus zehntausenden Billigantennen, in Massenproduktion gefertigt? Was wie ein Märchen klingt, wird in den nächsten Jahren Wirklichkeit, und das womöglich im Herzen Europas: Die Rede ist vom internationalen grossen Radiointerferometer LOFAR, dem Low Frequency Array, dessen Finanzierung (insgesamt bis zu 75 Mio.$) seit Ende 2001 steht.
Die insgesamt 400 km überspannende Anlage wird
voraussichtlich aus etwa 13 000 unbeweglichen Dipolantennen
bestehen, die jede für sich ständig langwellige
Radiosignale vom ganzen Himmel auffangen, bei 10 - 240 MHz
Frequenz. Der Clou dabei: Die Wellen werden in Echtzeit
digitalisiert und zu einem zentralen Rechenzentrum
übertragen, wo der gewaltige Datenstrom von etwa 25
Terabits pro Sekunde zumindest einige Minuten lang gepuffert
werden kann.Die eigentliche Interferometrie zur Erzeugung zweidimensionaler Bilder beliebiger Himmelsfelder wird mit den digitalen Daten durchgeführt - erst zeitlich versetzt (!) wird dabei sozusagen die nur eine Bogensekunde schmale Antennenkeule generiert, und das je nach Kapazität des Datenpuffers (LOFAR wird die jeweils modernsten Speichermedien verwenden) auch mit Daten, die schon einige Minuten alt sind. Die Erforschung plötzlich aufgetauchter Radioquellen (die andere Teleskope entdecken und weitermelden) wird so revolutioniert, während im Regelbetrieb bis zu 8 Keulen gleichzeitig verschiedene Himmelsareale abtasten. Und insgesamt dürfte die Jahrzehnte lang vernachlässigte Radioastronomie bei langen Wellen dramatisch wiederbelebt werden.
Viele Herausforderungen stehen noch vor dem LOFAR-Projekt, das bis 2006 in den Niederlanden, New Mexico, Texas oder Westaustralien entstehen wird (die Entscheidung über den Standort fällt Ende des Jahres): Die Ionosphäre der Erde stört den kosmischen Radioempfang in diesem Spektralfenster sehr, und es ist auch kaum für die Wissenschaft vor irdischen Sendern geschützt. Erste Erfahrungen verspricht da der kleine Prototyp LOPES in Karlsruhe, der mit Mitteln aus dem ergiebigen neuen »Astroteilchenphysik«-Topf des BMBF bis 2004 direkt neben dem Detektor KASCADE für Kosmische Strahlung gebaut werden wird: Er wird immerhin aus 100 Dipolen des LOFAR-Typs bestehen.
Luftschauer, die besonders energiereiche Teilchen der Kosmischen Strahlung in der Erdatmosphäre auslösen, sind nämlich eine starke Quelle von Radiostrahlung im Bereich 40 - 80 Mhz, wobei die Physik nie ganz verstanden wurde (bald nach der Entdeckung des Phänomens 1965 schlief das Interesse daran komplett ein). Ohne dass es urprünglich geplant war, wird LOFAR automatisch auch zu einem empfindlichen Detektor für die seltenen Teilchen der Kosmischen Strahlung mit mehr als 1017 eV, und einmal pro Jahr müsste LOFAR sogar eines jener mysteriösen 1020-eV-Teilchen sehen, deren Herkunft völlig unbekannt ist. Und auch Meteore senden niederfrequente Radiostrahlung aus.
Noch vor LOPES ist übrigens sozusagen ein Prototyp des Prototypen in Bonn in Vorbereitung, auf dem Dach des MPI für Radioastronomie, bestehend aus 10 LOFAR-Dipolen. Damit kann man zwar noch keine Astronomie betreiben, aber die Grundlagen der Wellendigitalisierung und nachträglichen Interferometrie lernen. Erst die rasanten Fortschritte der Computertechnik machen LOPES und LOFAR überhaupt möglich (die Entwicklung des superschnellen »Internet 2« soll eine zentrale Rolle gespielt haben), und die Leistungsfähigkeit LOFARs soll durch das berühmte Moore'sche Gesetz (nachdem sich die Computerleistung alle 18 Monate verdoppelt) auch laufend weiter steigen. [26.1.2002]
[410] Quellen: eine Introduction to LOFAR von C. Lonsdale in Haystack vom 15.10. + ein Vortrag von H. Falcke am MPIfR Bonn vom 27.11.2001 + eine LOFAR-Pressemitteilung vom 6.1.2002. Links: die Homepage von LOFAR und ein Abstract über LOPES.
ISOCAM knackt die infrarote Hintergrundstrahlung
Himmelsdurchmusterungen von nicht weniger als fünf astronomischen Satelliten (COBE, ISO, HST, Chandra und XMM-Newton) sowie Daten von drei Radioteleskopen haben Astronomen aus Europa und den USA zusammengeführt, um die Natur der Kosmischen Infraroten Hintergrundstrahlung (Cosmic IR Background, CIRB) aufzuklären. Ein gleichmässiges Glühen am ganzen Himmel, das bei 140 µm am stärksten ist, war 1998 in den Daten des Kosmologiesatelliten COBE entdeckt worden, und man erkannte schon damals, dass darin das meiste Licht steckt, das während der gesamten Geschichte der Sternentstehung ausgestrahlt wurde, wenn auch über den Umweg von warmem Staub.
Ein Teleskop, dass bei solch langen Wellen den Hintergrund in einzelne Quellen auflösen kann, gibt es noch nicht - aber bei zehnmal kürzeren Wellen, im mittleren Infrarot bei 15 µm, hat die Kamera ISOCAM des ESA-Satelliten ISO bei tiefen Himmelsdurchmusterungen eine Vielzahl von Galaxien entdeckt, deren Rotverschiebungen (ermittelt durch optische Spektren) sich in der Nähe von 0.8 häufen. Die Fleissarbeit der Astronomen bestand nun darin, die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Himmelsdurchmusterungen zu etablieren und schliesslich den Beitrag der ISOCAM-Galaxien mit dem ferninfratoten CIRB zu berechnen.
Das Ergebnis: Weit über die Hälfte des CIRB wird von denselben Galaxien ausgestrahlt, nämlich 16±5 von insgesamt 25±7 Nanowatt pro Quadratmeter und Hertz. Ferner kam heraus, dass der grösste Teil der ISOCAM-Galaxien - und damit des CIRB - zur Klasse der besonders IR-hellen Galaxien mit rasanter Sternbildung (etwa hundert Sonnenmassen pro Jahr gehört) und nur ein kleiner Teil zu Galaxien mit aktiven Kernen. Ein Grossteil der heutigen Sterne ist mithin bei solchen »Starbursts« in staubigen Galaxien entstanden. Die nächste Aufgabe der Forschung: herauszufinden, was bei einer Rotverschiebung um 0.8 eben diese Starbursts verursacht hat. [26.1.2002].
[409] Quellen: ein Paper von Elbaz et al. sowie eine Pressemitteilung von 1998 zur Entdeckung des CIRB. Ob die obige Studie mit den vielbeachteten Spekulationen über einen Starburst vor viel längerer Zeit aus Artikel 387 kompatibel ist?
Der Beginn einer neuen Ära der Jagd auf Gravitationswellen (siehe Artikel 391) wird u.a. von Reuters und der Rhein. Post gefeiert, auch wenn die zwei Wochen Parallelbetrieb der beiden LIGOs und von GEO 600 nur ein technischer Testlauf waren.
Die plausibelste Hypothese zum Ursprung der »Gullies« auf dem Mars
stammt aus Frankreich: Nicht gelegentlich hervorbrechendes
Grundwasser, wie die Entdecker des Phänomens vor zwei
Jahren meinten (siehe Artikel
62), sondern auftauendes Grundeis ist demnach die
Erklärung für die geologisch jungen Ausflüsse
an manchen Marshängen, über die seither viel
spekuliert wurde (siehe auch
Artikel 71).Das neue Szenario basiert auf der starken Ähnlichkeit der Mars-»Gullies« mit Strukturen in Grönland, die schmelzendes Grundeis hervorruft, auf der kürzlichen Entdeckung von Gullies oben an isolierten Marsbergen, wo kein Grundwasser möglich ist - und auf der Erkenntnis von 1993, dass die Lage der Marsachse im Raum starken Schwankungen unterworfen ist (dem Planeten fehlt ein grosser Mond zur Stabilisierung). Bei extremen Achsenneigungen scheint die Sonne nun besonders stark und von der richtigen Seite auf genau jene polnahen Marsregionen, wo die meisten Gullies gefunden wurden. Dort müsste sie die Temperaturen lokal über den Gefrierpunkt getrieben haben: kein Beweis zwar, aber höchst verdächtig. [26.1.2002]
[408] Quelle: Costard et al., Science 295 [4.1.2002] 110-3. Link: ein CNRS-Press Release.
Helium-3 als komisches »Baryometer«
(also als Messgerät für die Dichte von Baryonen, normaler Materie, im Kosmos) funktioniert tatsächlich - und bestätigt die altbekannte Tatsache, dass es der normalen Materie keinesfalls gelingen wird, die Expansion des Alls aufzuhalten. Die Menge des vom Urknall erzeugten He-3 (im Verhältnis zum Wasserstoff) ist ein empfindlicher Fühler für die Baryonendichte, doch die Physik der Sterne schien einer zuverlässigen Messung lange einen Riegel vorzuschieben: Auch sonnenähnliche Sterne sollten dieses Helium-Isotop ins interstellare Gas entlassen und das Bild verkomplizieren.
Genau das ist aber nicht der Fall, haben US-Radioastronomen nun in zwanzig Jahre währender Arbeit klar gezeigt: Die Sterne reichern das ISM nicht nennenswert an, und man darf den in diversen Gaswolken gemessenen He-3-Wert als den ursprünglichen nehmen! Die He-3-Häufigkeit relativ zum Wasserstoff beträgt demnach 1.1±0.2 x 10-5, was sich (unter der Annahme einer Hubblekonstanten von 72 km/s/Mpc) direkt in eine Baryonendichte von 4±1 Prozent des kritischen Wertes umrechnen lässt. Ein Ergebnis, das mit vielen anderen Messmethoden - siehe z.B. Artikel 265 - bestens übereinstimmt. [26.1.2002]
[407] Quelle: Bania et al., Nature 415 [3.1.2002] 54-7 + Charbonnel, ibid. 27-8. Link: ein NRAO Press Release.
Ein noch besseres Spektrum des Rekordquasars mit der Rotverschiebung von 6.28 bestätigt, dass die Strahlung auf der blauen Seite von der Lyman-Alpha-Linie um einen Faktor von über 200 unterdrückt wird (siehe Artikel 309) - Pentericci et al. blicken in eine Zeit zurück, als der intergalaktische Raum noch weitgehend unionisiert war.
Warum eine deutsche Kamera zu Vesta und Ceres fliegt
Fast könnte man sie als den kleinen Bruder der grossen
Kometensonde Rosetta bezeichnen: Die Asteroidensonde Dawn,
deren Realisierung die NASA Ende 2001 beschloss (siehe Artikel 380), wird ebenfalls ein
Jahrzehnt lang im Sonnensystem unterwegs sein - und mit der
systematischen Erkundung der beiden grössten (und
zugleich sehr verschiedenen) Asteroiden dürfte sie für
das Verständnis der kleinen Körper des
Planetensystems einmal ähnliche Bedeutung
erlangen.Dawn teilt mit Rosetta aber noch etwas: Ihre wichtigsten Instrumente, eine Kamera und ein Spektrometer, basieren beide auf europäischen Instrumenten von Rosetta. Weil sie die NASA gewissermassen gratis bekam (»no exchange of funds«), aber auch, weil die europäischen Instrumente für die spezielle Anwendung den weltweit höchsten Stand der Technik repräsentierten, wurde das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) von Anfang an an Bord geholt: Nun steuert es als vollwertiger Partner eine wissenschaftliche und eine Navigationskamera, ein Spektrometer (basierend auf einer italienischen ROSETTA-Entwicklung) und deren Elektronik bei.
Die insgesamt neunjährige Reise stellt für die Technik natürlich eine grosse Herausforderung dar - auch dies ein Grund für die NASA, auf die langjährigen europäischen Rosetta-Erfahrungen zurückzugreifen, denn beim Discovery-Programm soll die Entwicklungszeit minimiert und auf so viel existierende Systeme wie möglich zurückgegriffen werden. Vor allem die Ergebnisse der Kamera (deren Vorgänger auf dem Rosetta-Lander sitzt) dürften spektakulär werden, hat sie doch 1000 x 1000 Pixel Auflösung - schade nur, dass die Ziele nicht vor 2010 bzw. 2014 erreicht werden. Das allerdings passt zeitlich gut mit Rosettas Ankunft an Wirtanen 2011 zusammen: Etwa im Jahr 2015 sollte unser Wissen über die ursprünglichsten Körper des Sonnensystems dramatisch gewachsen sein. [17.1.2002]
[406] Quelle: Interview mit Ralf Jaumann, DLR Berlin, am 16.1.2002. Links: die Homepages von Dawn, dem DLR-Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung und von R. Jaumann.
Jeder 15. Gamma Ray Burst »aus der Nähe«?
Möglicherweise kommt nicht jeder Gamma Ray Burst aus den Tiefen des Kosmos, Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxien: Jetzt gibt es Hinweise auf eine Unterklasse absolut viel leuchtschwächerer Gammablitzer, die - weil sie am Himmel nicht schwächer aufleuchten als die anderen - im »lokalen« Universum zu sitzen scheinen. Und tatsächlich sind diese speziellen Bursts - etwa 100 unter 1437 untersuchten - auch nicht ganz so zufällig am Himmel verteilt wie der Rest: Sie scheinen sich auf die so genannte Supergalaktische Ebene zu konzentrieren, die durch mehrere Galaxienhaufen bis in 100 Megaparsec Entfernung bestimmt wird.
Die Bestimmung der absoluten Helligkeit und der Entfernung eines Gamma Ray Bursts ist erst möglich, seit ein Zusammenhang zwischen der Leuchtkraft und der so genannten Lag Time gefunden wurde: Je leuchtkräftiger ein Burst ist, desto geringer ist die zeitliche Verzögerung (»lag«) zwischen den energiearmen und energiereichen Photonen. Die Population überraschend naher GRB-Quellen ist eine gute Nachricht für die modernen Detektoren für Gravitationswellen (siehe Artikel 391): Wenn der Kollaps besonders massereicher Sterne hinter ihnen steckt, wären sie eine zusätzliche, starke Quelle. Und auch die mysteriösen extrem energiereichen Teilchen der Kosmischen Strahlung könnten von nahen GRBs stammen. [17.1.2002]
[405] Link: ein GSFC Press Release.
Noch ein GRB-Gesetz sieht einen Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Abkühlung (und damit der Farbänderung) und der Entfernung von Gamma Ray Bursts: Rice Univ. Press Release.
Noch mehr molekulares Gas ausserhalb von M 82
als man schon vorher kannte, ist bei einer Durchmusterung der
Galaxie in der Strahlung von Kohlenmonoxid bei 3 mm
Wellenlänge entdeckt worden: Die heftige Sternbildung, die
in Messier 82 abläuft, schleudert grosse Gasmengen aus
der galaktischen Scheibe heraus. Mit dem Radiointerferometer im
kalifornischen Owens Valley wurden auch ganz in der Nähe
des Galaxienzentrums Gaswolken gefunden, die - wohl von der
Schwerkraft anderer Galaxien, darunter M 81 - in die Länge
gezogen wurden. Dem Einfluss anderer Galaxien verdankt M 82
auch ihre starke Sternentstehungsrate, die sie zur
prototypischen Starburst-Galaxie macht. [17.1.2002][404] Link: ein OVRO Press Release.
Wie massereiche Sterne ihre Geburtswolken beeinflussen
Am Beispiel des Gum-Nebels, der mit 36° scheinbarem Durchmesser grössten H-II-Region am Himmel, lässt sich besonders gut untersuchen, wie massereiche, heisse Sterne die Bildung von masseärmeren Geschwistern und die Entwicklung von deren protoplanetaren Scheiben beeinflussen: Ihre Strahlung und ihre Winde können die Entwicklung ebenso auslösen wie unterbrechen. Über 30 kometare Globulen in dem Nebel sind die Überreste der dichten Kerne von Molekülwolken, die die starken Winde der massereichen Sterne gerade davon- bzw. in die Länge blasen (der resultierenden Tränenform verdanken sie auch ihren Namen): In manchen sitzen junge Sterne mit Staubscheiben, in anderen scheibenlose, die sicher keine Planeten mehr bilden können. Was die Unterschiede bewirkt, lässt sich wegen der noch kaum bekannten dreidimensionalen Struktur des Gum-Nebels schwer sagen. [17.1.2002]
[403] Link: Stony Brook Press Release.
Eine Karte sämtlicher Sternentstehungsgebiete in M 33, erstellt mit dem Radiointerferometer BIMA, deutet auf eine wichtige Rolle von Magnetfeldern hin - denn die Wolken rotieren allesamt viel langsamer um ihre eigenen Achsen als man erwarten würde: Berkeley Press Release.
Ein Röntgenpanorama des galaktischen Zentrums
aus 30 Einzelaufnahmen des Satelliten Chandra zeigt tausende
Weisse Zwerge, Neutronensterne und Schwarzloch-Kandidaten -
und einen diffusen Nebel Millionen Grad heissen Gases rund um
das mutmassliche supermassive Schwarze Loch in der Mitte. Ein
Grossteil der Röntgenstrahlung von ionisiertem Eisen (Fe XXV)
aus dieser Region, die frühere Instrumente gesehen hatten,
entpuppt sich mit Chandras Winkelauflösung erstmals als Summe
der Emission vieler Punktquellen, von Röntgendoppelsternen
ebenso wie anderen Galaxien. Insgesamt dominiert aber die diffuse
Komponente der lokalen Röntgenstrahlung. [17.1.2002][402] Quelle: Wang et al., Nature 415 [10.1.2002] 148-150. Links: Chandra und U Mass Press Releases, ein Nature Science Update und Artikel von SPIEGEL und NetZeitung.
Viele »Doppelsterne« sind dreifache!
Man muss nur genau genug hinschauen: Mit Speckle-Holographie, einer modernen Technik für extrem hohe Winkelauflösung erdgebundener Teleskope, haben Chris Koresko vom Caltech und Kollegen mit dem Keck-Teleskop 15 sehr junge Doppelsterne in der Taurus-Sternentstehungsregion unter die Lupe genommen - und bei fast jedem zweiten hatte einer der beiden Sterne noch einen weiteren Partner auf einem ganz engen Orbit, nicht erkennbar für normale Teleskope. Noch gilt der Nachweis der engen Begleiter als vorläufig, aber dem Keck-Interferometer sollte es bald ein Leichtes sein, sie genau zu erkennen und auch ihre Helligkeiten und Bahnen zu vermessen.
Es handelt sich bei den jungen Doppelsternen also vermutlich um »hierarchische Dreifachsterne«, und das häufige Vorkommen der engen Begleiter hat - sofern es sich als allgemein verbreitetes Phänomen herausstellen sollte - weit reichende Konsequenzen. So unterdrückt ein enger Begleiter die Ausbildung einer zirkumstellaren Scheibe bei etwa einem Drittel seines Bahnradius: Die Entstehung von Planeten wäre erheblich behindert (siehe auch Artikel 397). Und auch die Astrophysik könnte Schwierigkeiten bekommen, weil sich das Licht des engen Begleiters heimlich zu dem des Sterns mischen und die Spekroskopie verfälschen könnte. [17.1.2002]
[401] Quelle: ein Press Release Koreskos vom 10.1.2002.
Sternentstehung ist ein langwierigerer Prozess als man bisher dachte - das lässt sich jedenfalls aus der Vielzahl der in ihren Geburtswolken nur mit Radioteleskopen (und noch nicht im Infraroten) erkennbaren Protosterne hochrechnen: NRAO Press Release.
den aktuellen Meldungen
oder zum Archiv.