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Autor: Stefan Heykes / 05. März 2013, 18:22 Uhr

RadioAstron auf Rekordkurs

Um den Jahreswechsel herum hat das VLBI-Projekt RadioAstron neue Rekorde für die erreichten Interferometer-Basislängen und damit für die Auflösung erreicht. Durch den Einsatz von Spektr-R in bislang unerreichter Erdentfernung wurden auch überraschende Erkenntnisse gewonnen.

Quelle: ASC FIAN
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ASC FIAN

Spektr-R im All
(Bild: ASC FIAN)
Im Rahmen von RadioAstron bildet das Weltraumteleskop Spektr-R gemeinsam mit irdischen Radioteleskopen ein gigantisches Interferometer. Spektr-R bewegt sich auf einer hochelliptischen Umlaufbahn und erreicht dabei einen maximalen Abstand zur Erde von etwa 350.000km. Seit dem Start im Juli 2011 wurden die praktisch verwendeten Basislängen immer weiter erhöht.

Je größer die Entfernung ist, umso schwieriger ist die korrekte Auswertung der Beobachtungen. Das federführende Institut ASC FIAN musste erst praktische Erkenntnisse bei geringen Anforderungen sammeln, bevor es wirklich große Basislängen in Angriff nehmen konnte. Seit einiger Zeit werden nun die verwendeten Basislängen konstant erhöht.

Jetzt wurden die aktuell erreichten Bestwerte bekanntgegeben. Dies erfolgt mit einiger Verzögerung nach den Beobachtungen, da die Messdaten der einzelnen Teleskope erst zum auswertenden Institut geschickt werden müssen und dort von einem Supercomputer zu einem Gesamtresultat korreliert werden.

Die folgenden Diagramme zeigen die Ergebnisse von solchen Korrelationsberechnungen. Die von den einzelnen Teleskopen aufgezeichneten Verläufe der empfangenen Radiostrahlung müssen zur Deckung gebracht werden. Dazu müssen sie auf der Zeitachse verschoben werden, außerdem muss die Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt ausgeglichen werden.

Diese dreidimensionalen Diagramme sind umso höher, je genauer sich die Wellen überlagern. Der Spitzenwert wird verwendet, um damit Bilder aus den Beobachtungsdaten zu generieren. Je höher das Signal-Rausch-Verhältnis ist, umso sicherer kann man sein, dass dieser Spitzenwert wirklich die korrekte Verschiebung darstellt.

Bildquelle

Interferenzdiagramme für die drei Rekord-Basislängen
(Bild: ASC FIAN)
Die Grafik zeigt die Interferenz-Diagramme, die bei den höchsten erreichten Basislängen gewonnen wurden. Bei diesen Beobachtungen wurden zwei aktive Galaxienkerne beobachtet. Der Rekord für das 6,2cm-Band wurde bereits am 28.11.2012 bei 19 Erddurchmessern (ED) Abstand zwischen dem deutschen 100m-Radioteleskop in Effelsberg und Spektr-R erreicht. Dies entspricht einer Basislänge von etwa 242.000km.

Beobachtet wurde dabei das Objekt BL Lacertae. Hierbei handelt es sich um einen Blazar in einer Entfernung von 900 Mio Lichtjahren. Ein Blazar (Kunstwort aus BL Lacertae und Quasar) ist dabei ein aktiver Galaxienkern (ein Quasar also), dessen Jet genau in der Beobachtungsrichtung liegt. Wir blicken also genau senkrecht auf die Galaxie und schauen genau in den Jet, der vom supermassiven schwarzen Loch im Zentrum ausgeht. BL Lacertae war der erste bekannte Blazar und ist daher Namensgeber für diese besondere Art von Quasaren.

Die neuen Rekorde für das 1,35-cm-Band und das 18cm-Band wurden bei der Beobachtung von 3C273 erreicht. 3C273 ist der erste Quasar, der entdeckt wurde, und zugleich der hellste bekannte Quasar überhaupt. Er befindet sich in einer Entfernung von etwa 2,4 Milliarden Lichtjahren. Am 25.01.2013 wurde eine Beobachtung im 18cm-Band gemeinsam mit dem Radioteleskop in Arecibo/Puerto Rico durchgeführt. Dabei wurde ein Abstand von 13,5 ED, also etwa 172.000km erreicht. Eine Woche später folgte die Rekordbeobachtung im 1,35cm-Band mit einer Basislänge von 8,1 ED beziehungsweise etwa 103.000km.

Überraschungen im interstellaren Medium
Nach den aktuellen Theorien zum interstellaren Medium sollte dieses Radiowellen im Bereich der beiden langwelligen Empfänger von Spektr-R (18cm und 92cm) stark streuen. Einige Objekte sollten daher praktisch nicht beobachtbar sein in diesen Bändern.

Tatsächlich gibt es bei manchen Beobachtungen das erwartete Störungsbild. Hier finden Streuungs- und Interferenzeffekte im interstellaren Medium statt und verhindern eine eindeutige Identifizierung der korrekten Korrelation. Stattdessen gibt es mehrere gleichberechtigte Optimalergebnisse. Diese Effekte sind vergleichbar damit, wie sich die Sonne in einer Fensterscheibe spiegelt - es gibt zwei Orte an denen die Sonne zu sein scheint. Ein solches Bild zeigt sich z.B. für den Pulsar PSR B0329+54:

Bildquelle

Interferenzdiagramm für PSC B0329+54 - statt einer Spitze gibt es mehrere Maxima wegen der Störungen
(Bild: ASC FIAN)
Andere Objekte, die praktisch nicht beobachtbar sein sollten in diesen Bereichen zeigen sich jedoch nahezu störungsfrei. Die Abweichungen zur Vorhersage liegen im Extremfall bei einem Faktor von 10100. Daher stellt die reine Existenz dieser Beobachtungsergebnisse bereits eine große Herausforderung für die Kenntnis des interstellaren Mediums in unserer Milchstraße dar.

Ausblick
Die verwendeten Basislängen sollen weiter vergrößert werden. Das finale Ziel des RadioAstron-Programms ist es, den Ereignishorizont eines supermassiven schwarzen Lochs auflösen zu können. Dazu muss sowohl die Auflösung noch weiter gesteigert werden, als auch ein praktisch ideales Ziel ausgewählt werden.

Die Galaxie M 87 (auch bekannt als Virgo A) ist dafür ein guter Kandidat. In ihrem Zentrum sitzt eines der massivsten überhaupt bekannten schwarzen Löcher (es bringt etwa 6,6 Milliarden Sonnenmassen auf die Waage), zudem ist sie uns mit nur 54 Millionen Lichtjahren sehr nahe. Es fanden bereits Beobachtungen statt, jedoch sind noch keine Ergebnisse bekannt. Damit wäre es dann erstmals möglich, den Ereignishorizont eines schwarzen Lochs direkt zu untersuchen.

Diese Möglichkeit bietet einzig RadioAstron, das rein irdische Radioastronomie um mehr als eine Größenordnung überbieten kann in der Auflösung. Optische Teleskope sind in diesem Bereich vollkommen chancenlos, die Auflösung von Hubble zum Beispiel ist um etwa das 5000fache schlechter.

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