Quelle: Universität Stuttgart 12. September 2024.

12. September 2024 – Ziel ist es, die von SOFIA, dem Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie gesammelten Daten der internationalen astronomischen Gemeinschaft in optimalem Zustand zur weiteren wissenschaftlichen Nutzung zur Verfügung zu stellen. Im Rahmen der diesjährigen Jahrestagung der Astronomischen Gesellschaft in Köln vom 9. bis 13. September 2024 hat Bernhard Schulz, Projektwissenschaftler des SDC und ehemaliger SOFIA Science Mission Deputy Direktor, das SDC der Wissenschaftsgemeinschaft vorgestellt.

Nachdem SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt der deutschen und amerikanischen Raumfahrtagenturen, DLR und NASA, im September 2022 den Beobachtungsbetrieb eingestellt hat, wird es wegen der langen Entwicklungsphasen solcher Projekte mindestens zehn bis zwanzig Jahre lang kein Observatorium mehr geben, das Ferninfrarotdaten detektieren kann. „Daher ist jedes Photon, das SOFIA detektiert hat und dessen Messung im SDC-Archiv gespeichert sein wird, derzeit ausgesprochen wertvoll.“, meint Schulz „Wir wollen mit unserer Arbeit deutsche und internationale Astronomen und Astronominnen dabei unterstützen, SOFIAs wissenschaftliches Erbe vollständig auszuschöpfen und noch zahlreiche Artikel zu veröffentlichen, die auf diesem Archiv basieren.“

Kontinuierliche Optimierung
Bevor Forschende astronomische Beobachtungen wissenschaftlich auswerten können, müssen diese Daten zunächst eine Grundverarbeitung durchlaufen, bei der zum Beispiel störende Faktoren der Detektoren bereinigt oder verschiedenen Datenpunkten die richtigen Wellenlängen zugeordnet werden. Die dafür nötige Software wird kontinuierlich optimiert und am Ende der Betriebsphase großer Observatorien ist es üblich, alle Daten nochmal mit der neuesten Version dieser Software zu bearbeiten. Bei einer fliegenden Sternwarte wie SOFIA spielen zusätzliche Faktoren wie etwa eine verbesserte Koordinatenrekonstruktion – abgeleitet von den Leitkameras des Observatoriums – oder neue Korrekturen für den vorhandenen infrarotabsorbierenden atmosphärischen Wasserdampf eine Rolle. Zusammen mit den wissenschaftlichen Daten werden diese technischen und operationellen Informationen ebenfalls im SDC-Archiv abgelegt sein. Zahlreiche ehemalige Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen des Deutschen SOFIA Instituts (DSI), das im Auftrag des DLR die SOFIA Aktivitäten während der Betriebsphase koordiniert hat, werden hierfür ihre Expertise in das SDC einbringen.

Kompatibel mit dem Virtuellen Observatorium
Mit Hilfe von Workshops und Webinaren oder in direkter Einzelberatung wird das SDC, Forschende im Umgang mit den SOFIA-Beobachtungen unterstützen. Die Daten des SDC-Archivs, dessen Struktur sich am Virtual Observatory (VO) Standard orientiert, stehen Forschenden aus aller Welt kostenlos zur Verfügung. So können SOFIA-Daten mit denen anderer Observatorien kombiniert oder verglichen werden, die dasselbe Objekt zum Beispiel bei anderen Wellenlängen oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten beobachtet haben. Offiziell ist das SDC bereits im Juli 2024 gestartet. Zum Ende seiner Laufzeit Ende Juni 2029 wird sein Archiv dauerhaft an das Deutsche Astronomische Zentrum in Görlitz transferiert.

Auf amerikanischer Seite hatte die NASA in der rund einjährigen Nachbetriebsphase von SOFIA nur eine begrenzte Datenmenge neu bearbeitet und anschließend alle Daten dem Infrarot-Wissenschaftsarchiv am Infrared Processing and Analysis Center (IPAC), einem NASA-Wissenschaftszentrum am California Institute of Technology (Caltech) zur Verfügung gestellt. Das SDC plant eine Zusammenarbeit mit IPAC, sodass beide Archive miteinander im Einklang bleiben.

Das SDC wird mit Mitteln der DLR Raumfahrtagentur unter dem Förderkennzeichen FKZ 50OK2404 finanziert.

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und 50OK2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA).

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Universität Stuttgart 23. August 2023.

23. August 2024 – Abgesehen von Helium und Wasserstoff entstehen die meisten schwereren chemischen Elemente in unserem Kosmos bis hin zu Eisen durch die Verschmelzung von Atomkernen im Inneren von Sternen. Dabei sind die massereichsten, heißesten und hellsten unter ihnen die treibenden Akteure. Sie beeinflussen ihre unmittelbare Umgebung durch den großen Anteil ionisierender UV-Strahlung, die sie abgeben sowie die starken stellaren Winde, die von ihnen ausgehen. Schneller als alle leichteren Sterne verbrennen sie Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen, explodieren nach einer – für astronomische Verhältnisse – relativ kurzen Zeit von nur wenigen Millionen Jahren und reichern das umliegende Gas mit schweren Elementen an. Aus diesem Material können dann neue Sonnensysteme wie das unsrige mit seiner Vielfalt an chemischen Stoffen entstehen.

Um zu entschlüsseln, welcher Anteil einer so zusammengesetzten dichten interstellaren Wolke wieder zu Sternen wird und auf welchen Zeitskalen, hat ein Team um Cornelia Pabst von der Universität Leiden und dem Consejo Superior de Investigaciones Científicas in Madrid Daten eines Forschungsprogramms namens FEEDBACK mit neuen Radiodaten des 40m-Yebes-Observatoriums und des IRAM-30m-Teleskops kombiniert. FEEDBACK ist ein Langzeitprojekt von SOFIA, dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie, das die deutsche und amerikanischen Raumfahrtagenturen, DLR und NASA, gemeinsam betrieben haben. Für ihre Studie hat Pabst mit ihren Kollegen und Kolleginnen zehn Regionen im Orionnebel detailliert untersucht, die unterschiedliche Entwicklungsphasen der Sternentstehung repräsentieren.

Die Ergebnisse zeigen, unter welchen – für irdische Maßstäbe – extremen Bedingungen Sterne und somit auch die Bausteine für Leben entstehen. Sie sind kürzlich in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen. Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert die SOFIA-Aktivitäten auf deutscher Seite.

Ringen um die Dominanz
Die Entstehung neuer Sterne sowie die Auswirkung dieses Prozesses auf ihre Umgebung und das dortige Material, aus dem sie entstanden sind – das sogenannte interstellare Medium (ISM) – ist entscheidend für die Entwicklung von Galaxien: Wann verhindern gerade entstandene Sterne die Entstehung weiterer Generationen? Unter welchen Umständen regt diese Rückkopplung die Entstehung neuer Sterne an? Welche Prozesse übernehmen die dominierende Rolle? Und wie wirkt sich das auf die großräumigen Eigenschaften des ISM und die weitere Entwicklung der Galaxien aus? Massereiche, heiße, helle Sterne, die extrem energiereiche ultraviolette Strahlung aussenden, sind relativ selten. Auch im Orionnebel sind daher nur wenige von ihnen für die Erhitzung und Ionisierung des ISM verantwortlich. Der hellste von ihnen ist 33-mal so schwer und 20.000-mal so hell ist wie unsere Sonne. Um diese Sterne hat sich eine Blase ionisierten Gases gebildet, die 10.000 Grad Kelvin heiß ist und in der sich zwischen 100 und 100.000 Gaspartikel in einem Kubikzentimeter befinden.

Von uns aus gesehen liegt hinter dieser hellen Sternengruppe eine vergleichsweise dichte und sehr kalte Molekülwolke mit bis zu zehn Millionen Partikeln pro Kubikzentimeter und nur 30 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt (30 Kelvin), wie frühere Radiobeobachtungen von IRAM und Yebes ergaben. Diese wehrt sich immer noch erfolgreich gegen eine Zerstörung durch die intensive Bestrahlung, die von ihrer heißen Nachbarschaft ausgeht. Währenddessen hat sich eine gigantische Plasmablase mit einem Radius von bis zu 2 Parsec (1 pc = 3,26 Lichtjahre) ausgebreitet, wobei sie das verdrängte Gas in eine dünne sie umgebende Hülle zusammengeschoben hat. Die intensive Strahlung sowie die Winde der Sternengiganten beschleunigen dieses Plasma und erhitzen es auf eine Temperatur von einer Million Kelvin. Es hat eine extrem geringe Dichte mit nur einem Partikel pro Kubikzentimeter und dehnt die Materiehülle trotzdem mit einer Geschwindigkeit von 13 km/s weiter aus, wie die hochaufgelösten Spektren von SOFIA zeigen.

Extreme Bedingungen
Ein solch extremes Vakuum kann bisher in einem irdischen Labor nicht einmal annähernd erzeugt werden. Die besten erreichbaren Werte liegen bei 10.000 bis 100.000 Partikeln pro Kubikzentimeter. Das ist im Vergleich mit unserer Erdatmosphäre immer noch sehr gut. Diese enthält bei Normaldruck und 0 Grad Celsius sehr viel mehr, nämlich etwa 27 Milliarden Milliarden Teilchen pro Kubikzentimeter. Die Größe der expandierenden Hülle im Orion ist ebenfalls erstaunlich. Mit einem Durchmesser von 4 Parsec braucht das Licht etwa 13 Jahre, um sie zu durchqueren. Sie dehnt sich immer weiter aus und Beobachtungen ähnlicher Blasen lassen vermuten, dass sie früher oder später an einigen Stellen aufbrechen und ihr Material in ihrer Umgebung verteilen wird. Damit steht es für die Entstehung weiterer Sterne erst einmal nicht mehr zur Verfügung. Anhand der Größe und Ausdehnungsgeschwindigkeit dieser Blase können Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen abschätzen, wie effizient massereiche Sterne Energie in das umgebende ISM pumpen und wie viel Masse dabei für die zukünftige Sternentstehung verloren geht. Allerdings kann solch eine sich ausdehnende Schale auch die Entstehung weiterer Sterne auslösen, falls sie auf ihrem Weg zum Beispiel auf eine andere Molekülwolke trifft und deren Materie durch diesen Zusammenstoß soweit verdichtet, dass diese unter ihrer eigenen Gravitation zusammenfällt.

SOFIA-Erbe bleibt erhalten
„In der Astrophysik erleben wir gerade aufregende Zeiten“, so Cornelia Pabst. Es gibt neueste Erkenntnisse über das sehr frühe Universum und seine Entwicklung mit dem Planck-Satelliten. Das Radioobservatorium ALMA und das Weltraumteleskop JWST liefern immer mehr Einblicke in die früheste Entwicklung von Galaxien, die Jagd nach Exoplaneten hat volle Fahrt aufgenommen. Hochenergetische Phänomene, Gravitationswellen, ultraschnelle Radioausbrüche und extreme Röntgenleuchtkraft geben nach und nach ihre Geheimnisse preis. „Trotzdem bleibt das Studium der «nahen» Sternenentstehung in unserer Galaxie ein wichtiges und fundamentales Thema, wodurch wir die Entwicklung anderer Galaxien in der Geschichte des Universums und deren Anreicherung mit schweren Elementen erst verstehen“, so Pabst.

Die hohe spektrale Auflösung und Empfindlichkeit von upGREAT, dem aufgerüsteten German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies, an Bord von SOFIA ermöglichte es dem Team um Pabst, die Bewegungen und physikalischen Bedingungen des interstellaren Gases anhand der Feinstrukturlinie [CII] 158 µm des ionisierten Kohlenstoffs zu bestimmen.Trotz des Endes der SOFIA-Mission verfolgt das Team um Cornelia Pabst das Langzeitprojekt FEEDBACK mit neuen Radiobeobachtungen der Sternentstehungsgebiete im Orion weiter. Die Kombination dieser Radiobeobachtungen mit den SOFIA-Archivdaten ermöglicht insbesondere die Bestimmung der obengenannten Materiedichten und Temperaturen. Damit sind die komplexen Prozesse in den verschiedenen Gebieten des Orionnebels, die die Geschwindigkeit und Effizienz der Sternentstehung bestimmen, besser zu verstehen.

Auch nachdem SOFIA im September 2022 den Beobachtungsbetrieb eingestellt hat, werden die Daten des FEEDBACK Legacy-Programms weiter Antworten auf diese Fragen liefern. „In den nächsten 5 Jahren werden wir am Institut für Raumfahrsysteme (IRS) der Universität das SOFIA Daten Center (SDC) aufbauen, die Datenprozessierung verbessern und Forschende bei der weiteren Nutzung des SOFIA-Datenarchivs unterstützen“, verkündet Bernhard Schulz, ehemaliger SOFIA Science Mission Deputy Direktor und neuer wissenschaftlicher Leiter des SDC. „So können wir das wissenschaftliche Erbe von SOFIA für die weitere Forschung erhalten.“

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und 50OK2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

Über upGREAT
upGREAT ist eine Weiterentwicklung des Ferninfrarot-Spektrometers GREAT („German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“), mit dem seit 2011 zahlreiche erfolgreiche Wissenschaftsflüge mit SOFIA durchgeführt wurden. Das Instrument wurde von einem Konsortium deutscher Forschungsinstitute – dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie und dem „Kölner Observatorium für SubMillimeter Astronomie“ (KOSMA) der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin entwickelt und gebaut.

Originalveröffentlichung:
Multiline observations of hydrogen, helium, and carbon radio-recombination lines toward Orion A: A detailed dynamical study and direct determination of physical conditions, C.H.M. Pabst, J.R. Goicoechea, S. Cuadrado, P. Salas, A.G.G.M. Tielens, N. Marcelino, A&A, im Druck
doi.org/10.1051/0004-6361/202347574
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/08/aa47574-23/aa47574-23.html
Als Preprint auf arXiv/astro-ph: https://arxiv.org/pdf/2404.17963

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• Sternentwicklung

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Quelle: Universität Stuttgart 30. Juli 2023.

30. Juli 2024 – Junge Sterne, sogenannte Protosterne, wachsen, indem Materieklumpen aus ihrer Umgebung auf sie herabfallen. Dieser Prozess läuft allerdings nicht gleichmäßig, sondern in Schüben ab. Während eines solchen Wachstumsschubs leuchten die Protosterne hell auf – sie erleben einen Strahlungsausbruch. Massearme Sterne, die ein ähnliches Gewicht wie unsere Sonne haben, konnten Forschende bereits mehrere hundert Male während ihrer Wachstumsphasen beobachten. Massereiche Sterne (schwerer als 8 Sonnenmassen) sind viel seltener und existieren nur für einen vergleichsweise kurzen Zeitraum. Deshalb konnten Astronomen und Astronominnen erst 2016 den erste Strahlungsausbruch eines massereichen Sterns beobachten. Insgesamt sind bis heute nur eine Hand voll Ausbrüche solcher Schwergewichte bekannt. Ein Team um Verena Wolf von der Thüringer Landessternwarte (TLS) konnte nun den sechsten, bislang stärksten Wachstumsschub eines solchen massereichen jungen Sterns nachweisen. Ferninfrarotdaten von SOFIA, dem Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie, haben dabei eine genauere Abschätzung der gesamten Energie ermöglicht, die der damit verbundene Strahlungsausbruch freigesetzt hat. Die Ergebnisse zu dieser Untersuchung sind am 30. Juli in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen.
SOFIA wurde von den deutschen und amerikanischen Weltraumbehörden (DLR und NASA) betrieben und das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert auf deutscher Seite die Aktivitäten von SOFIA.

Infrarot-Aufnahmen bestätigen den Wachstumsschub
Im Jahr 2019 deuteten Radiodaten auf eine ansteigende Mikrowellenstrahlung in der Sternentstehungsregion G323.46-0.08 (kurz G323) an, die sich am Südhimmel im Sternbild Circinus (Zirkel) befindet. Zusammen mit ihrem Kollegen Bringfried Stecklum, ebenfalls von der TLS, machte sich Verena Wolf auf die Suche nach der Ursache für diese erhöhte Mikrowellenstrahlung. War ein Wachstumsschub tatsächlich der Grund? Sternentstehung läuft sehr versteckt im Inneren kalter staubiger Molekülwolken ab, welche sichtbares Licht absorbieren und erst bei längeren Wellenlängen transparent werden. Im Archiv des VISTA-Teleskops (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) der Europäischen Südsternwarte (ESO) wurden die Forschenden fündig. Zahlreiche Nahinfrarotaufnahmen der Sternentstehungsregion G323 zu verschiedenen Zeitpunkten ermöglichten es, eine Lichtkurve zu erstellen. „Mit den VISTA-Bildern konnten wir den Akkretionsausbruch zweifelsfrei bestätigen“, sagt Bringfried Stecklum. „Er dauerte rund acht Jahre – von 2012 bis 2020.“

SOFIA–Daten bestätigen Modell
Zusätzlich analysierten die Forschenden mit Hilfe von zeitabhängigen Modellen erstmals, wie sich die Wärmestrahlung des Staubs in der Umgebung des jungen Sterns während seines Wachstumsschubs ändert. Die Simulation sagte vorher, dass das Nachglühen des Ausbruchs im fernen infraroten Wellenlängenbereich noch im Jahr 2022 messbar sein sollten, obwohl der Ausbruch bereits 2020 endete. Ferninfrarotbeobachtungen von G323 mit dem HAWC+-Instrument an Bord von SOFIA bei Wellenlängen von 53, 62, 89, 154 und 214 μm zeigten tatsächlich eine leichte Erhöhung der Helligkeit und bestätigten diese Vorhersage.

Siebenfache Jupitermasse
Mit Hilfe der Computersimulation gelang es dem Team um Wolf den Verlauf des Strahlungsausbruchs zu modellieren und zum ersten Mal das Wechselspiel zwischen der Staubverteilung um den jungen Stern und der Stärke des Ausbruchs genau zu untersuchen:

Wie stark verändert sich die Leuchtkraft während des Ausbruchs? Wie lange genau dauert der Ausbruch? Wie viel Energie wird freigesetzt? Wie viel Masse ist auf den Protostern gefallen? Die Kombination aus den VISTA- und SOFIA-Daten mit den Modellen brachte den Durchbruch: „So konnten wir zuverlässig die Energie ermitteln, die G323 während des Wachstumsschubs freigesetzt hat und daraus die eingefallene Masse abschätzen“, erläutert Wolf. „Vermutlich ist ein riesiger Klumpen mit etwa der siebenfachen Jupitermasse auf den Stern gefallen. In den acht Jahren des Strahlungsausbruchs hat der Stern so viel Energie freigesetzt, wie die Sonne in 740.000 Jahren abstrahlt.“

Originalveröffentlichung:
The accretion burst of the massive young stellar object G323.46−0.08, A&A 30. Juli, 2024
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/08/aa49891-24/aa49891-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/08/aa49891-24.pdf

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• Sternentwicklung

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Quelle: Universität Stuttgart 21. Februar 2024.

21. Februar 2024 – Die Zusammensetzung von Asteroiden und insbesondere ihr Wassergehalt kann uns viel darüber verraten, wie unsere Erde an diesen für die Entstehung von Leben sehr wichtigen Stoff gelangte. Archivdaten von SOFIA, dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie, das bis September 2022 von der deutschen und der amerikanischen Raumfahrtagentur (DLR und NASA) betrieben wurde, liefern nun zum ersten Mal den Nachweis von Wassermolekülen auf der Oberfläche von Asteroiden. Hierzu hat ein Team um Anicia Arredondo vom Southwest Research Institute in Texas im Jahr 2022 vier Asteroiden mit dem FORCAST-Instrument an Bord von SOFIA beobachtet. Auf zwei von ihnen, den Asteroiden Iris und Massalia, konnten die Forschenden Spektralsignaturen im mittleren Infrarotbereich detektieren, die eindeutig auf molekulares Wasser hinweisen.

Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert die SOFIA-Aktivitäten auf deutscher Seite.

Die Zusammensetzung von Asteroiden hängt davon ab, wo sie im Sonnensystem entstanden sind. Wasserfreie, trockene Silikat-Asteroiden bilden sich in der Nähe der Sonne, während eisiges Material weiter draußen zu finden ist. Die Lage und Zusammensetzung von Asteroiden gibt also Aufschluss darüber, wie sich verschiedene Elemente und Rohstoffe im jungen Sonnensystem verteilt haben. Dem Vorhandensein von Wasser kommt dabei eine besondere Rolle zu, da es die Grundlage für alles Leben auf der Erde – und möglicherweise auch auf anderen Planeten – ist.

Das Team um Anicia Arredondo hat sich bei seiner Untersuchung auf den Erfolg des Teams gestützt, das zuvor mit SOFIA molekulares Wasser auf der sonnenbeschienenen Seite des Mondes gefunden hat. „Wir dachten, wir könnten SOFIA nutzen, um diese Spektralsignatur auch auf anderen Körpern zu finden“, erläutert Anicia Arredondo, Erstautorin der Studie, die am 12. Februar 2024 im Planetary Science Journal veröffentlicht wurde.

Die Helligkeiten von zwei weiteren Asteroiden, Parthenope und Melpomene, waren zu schwach, um aufgrund der vorhandenen Daten eine endgültige Schlussfolgerung zu ziehen. Jetzt plant das Team die Beobachtungen weiterer Objekte mit dem James Webb Space Telescope (JWST), um die Verteilung von Wasser in unserem Sonnensystem noch besser zu verstehen. „Diese Studie ist ein schönes Beispiel für das große Potential, welches noch in den SOFIA Daten schlummert.“, meint Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Deputy Direktor der Universität Stuttgart. Um dieses voll zu nutzen, plant die Universität Stuttgart die Einrichtung eines SOFIA-Datenzentrums. „Das ist vor allem im Hinblick auf die ferninfraroten Daten wichtig, die aus einem Wellenlängenbereich kommen, für die es derzeit kein Observatorium gibt und zu dem auch das JWST keinen Zugang hat“, so Bernhard Schulz.

Über SOFIA:
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und 50OK2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

Originalveröffentlichung:

• Detection of Molecular H₂O on Nominally Anhydrous Asteroids, The Planetary Science Journal, Vol. 5, Nr. 2, 12. Februar, 2024, A. Arredondo et al.; DOI: 3847/PSJ/ad18b8

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Universität Stuttgart 7. November 2023.

7. November 2023 – Unser Sonnensystem hat zwei bemerkenswert ähnliche Planeten: die Erde und die Venus. Sie sind wahrscheinlich gleich alt, vergleichbar groß und vermutlich aus den gleichen Materialien entstanden. Aber es gibt auch große Unterschiede zwischen beiden Himmelskörpern. Während die Erde einen blauen Himmel, Ozeane mit flüssigem Wasser voller Leben und eine sauerstoffreiche Atmosphäre hat, ist die Venus umgeben von einer dichten Wolkendecke aus Kohlendioxid, Stickstoff und verschiedenen Spurengasen. Ein Team um Heinz-Wilhelm Hübers, Direktor des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme in Berlin konnte nun erstmals direkt die Konzentration des atomaren Sauerstoffs sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite der Venusatmosphäre messen.

Die Ergebnisse wurden am 7. November 2023 in der Zeitschrift nature veröffentlicht und basieren auf Beobachtungen der fliegenden Sternwarte SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt der deutschen und der amerikanischen Raumfahrtagentur DLR und NASA. Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert die SOFIA-Aktivitäten auf deutscher Seite.

In der Atmosphäre der Venus herrschen zwei starke Strömungen vor: Unterhalb von etwa 70 Kilometern gibt es Winde, die in Hurrikanstärke entgegen der Rotationsrichtung der Venus wehen, jedoch strömen oberhalb von 120 Kilometern starke Winde in Rotationsrichtung. Zwischen diesen beiden entgegengesetzten atmosphärischen Strömungen befindet sich eine Schicht von atomarem Sauerstoff. Dieser entsteht durch die UV-Strahlung der Sonne, die das Kohlendioxid und Kohlenmonoxid der Venusatmosphäre in atomaren Sauerstoff und weitere Produkte zerlegt.

Direktes Messverfahren weist atomaren Sauerstoff nach
Bislang konnten Wissenschaftler & Wissenschaftlerinnen atomaren Sauerstoff nur indirekt nachweisen – basierend auf Messungen anderer Moleküle in Kombination mit photochemischen Modellen. Forschende vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme, dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie und der Universität zu Köln ist es im November 2021 erstmals gelungen, die äußerst reaktiven Sauerstoffatome in der Atmosphäre der Venus direkt nachzuweisen. Die Messungen wurden mit dem Terahertz-Spektrometer upGREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) an Bord von SOFIA durchgeführt. „Sie waren besonders herausfordernd, da die Venus nur an drei Tagen für jeweils circa 20 Minuten mit SOFIA beobachtet werden konnte und zudem nur wenig über dem Horizont stand. Dank der überragenden Messempfindlichkeit von upGREAT und der einzigartigen Fähigkeiten von SOFIA gelang es, eine Karte der Sauerstoffverteilung auf der Venus zu erstellen“, sagt Heinz-Wilhelm Hübers, Erstautor der nature-Veröffentlichung.

Ergebnisse der Messungen
Die Emission der Venus wurde in einem schmalen Frequenzbereich um 4,74 Terahertz (THz) gemessen, was einer Wellenlänge von 63,2 Mikrometern entspricht. Der atomare Sauerstoff in der Venus-Atmosphäre absorbiert diese Strahlung. Das ist vergleichbar mit den Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum, die einen Hinweis auf die in der Sonnenatmosphäre befindlichen Atome geben. So entsteht im Terahertzspektrum der Venus eine Absorptionslinie, die charakteristisch für den atomaren Sauerstoff ist. Die Stärke und Form des Absorptionssignals ist ein Maß für die Menge des atomaren Sauerstoffs und für seine Temperatur. „Wir konnten damit zeigen, dass der Sauerstoff auf der Tagseite der Venus gebildet wird und seine Konzentration mit abnehmender Sonneneinstrahlung ebenfalls abnimmt. Auf der Nachtseite deutet eine lokale Konzentrationserhöhung auf eine Anreicherung des atomaren Sauerstoffs in Folge von Windströmungen hin“, erklärt Hübers.

Aus der Temperatur des atomaren Sauerstoffs von etwa -120 Grad Celsius auf der Tagseite bis -160 Grad Celsius auf der Nachtseite lässt sich ableiten, dass er vorwiegend in einer Höhenschicht um 100 Kilometer vorkommt. Seine Konzentration ist damit rund 10-mal geringer als in der Atmosphäre der Erde. „Die Messung dieser deutlichen Unterschiede zur Erde können zukünftig zu einem besseren Verständnis beitragen, warum sich die Erde und ihr Schwesterplanet Venus so unterschiedlich entwickelt haben“, erläutert Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Deputy Direktor der Universität Stuttgart.

Originalveröffentlichung:
Direct detection of atomic oxygen on the dayside and nightside of Venus¸ nature, 7. November 2023, Volume 14, page 1-7; DOI number: 10.1038/s41467-023-42389-x
https://www.nature.com/articles/s41467-023-42389-x
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42389-x.pdf

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA
• Planet Venus

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Quelle: Universität Stuttgart 19. Juli 2023.

19. Juli 2023 – Schwarze Löcher und deren Umgebung haben es Aaron Bryant, Doktorand am Deutschen SOFIA Institut am Institut für Raumfahrtsysteme, angetan: „Im Zentrum unserer eigenen Galaxie – also quasi vor unserer Haustür – befindet sich ein supermassives schwarzes Loch“, erläutert der Nachwuchswissenschaftler. In der direkten Umgebung des galaktischen Zentrums gibt es massive Sternhaufen, helle Sternentstehungsregionen, dichte Konzentrationen von interstellarem Gas und Staub sowie starke Magnetfelder. Damit sind die wenigen zentralen hundert Lichtjahre unserer Milchstraße ein vielfältiges astrophysikalisches Labor, in dem wir unser Verständnis verschiedener Prozesse testen und auf weiter entfernte Galaxien anwenden können. Um die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen im galaktischen Zentrum zu identifizieren hat Aaron Bryant das aktuelle Verständnis zahlreicher Aspekte des galaktischen Zentrums unter Verwendung historischer und neuerer Literatur überprüft. Insbesondere interessierte ihn die Frage, auf welchen Bahnen denn der Strom der Materie in die Richtung zum Schwarzen Loch gelenkt wird.

Seine Arbeit wurde in der Fachwelt so interessiert aufgenommen, dass er um ein Review gebeten wurde, verriet Prof. Nico Sneeuw, Prodekan der Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie. Der Review Artikel wiederum hinterließ einen solchen Eindruck, dass die Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie Aaron Bryant für seine Arbeit den Publikationspreis 2021 der Fakultät verliehen hat.

Tag der Forschung 2023
Am 7. Juni 2023, wurden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller zehn Fakultäten der Universität Stuttgart im Rahmen des Tages der Forschung für ihre herausragenden Publikationen in den Jahren 2021 & 2022 mit je 2500 Euro geehrt.
„Mit den herausragenden Publikationen wird die ganze Breite und Vielfalt der Forschung an der Universität Stuttgart abgebildet“, sagte Prof. Manfred Bischoff, Prorektor Forschung und wissenschaftlicher Nachwuchs, in seiner Begrüßung. Wie schon in den letzten Jahren wurden die Publikationen zunächst von den Dekanen der Fakultäten gewürdigt und anschließend von den Preisträgerinnen und Preisträgern auf sowohl informative als auch unterhaltsame Weise vorgestellt.

Originalveröffentlichung:
The episodic and multiscale Galactic Centre, Aaron Bryant & Alfred Krabbe, New Astronomy Reviews Volume 93, December 2021, 101630
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387647321000178?via%3Dihub,
pdf.

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• Schwarze Löcher

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Quelle: Universität Stuttgart 16. Juni 2023.

16. Juni 2023 – Seit Jahrzehnten erforschen Astronomen und Astronominnen die Kräfte, die das Innere von Galaxien bestimmen: Schwerkraft, kinetische Energie, stellare Strahlung, Gasdruck. Die Bedeutung von Magnetfeldern für die Entwicklung von Galaxien ist allerdings noch weitgehend unverstanden – und das, obwohl sie bis zur Hälfte des gesamten Energiehaushalts des Gases in einer Galaxie ausmachen können. Beobachtungen des warmen diffusen Gases zwischen den Sternen im Radiowellenbereich deuten darauf hin, dass vermutlich alle Galaxien von einem geordneten großskaligen Magnetfeld gewaltiger Dimension durchzogen sind. Aber wie sieht es auf kleineren Skalen wie etwa den kalten dichten Molekülwolken aus, in denen Sterne entstehen? Befinden sich dort ähnlich geordnete Magnetfelder? Regulieren diese womöglich die Geschwindigkeit der Sternentstehung? Beeinflussen sie die Bildung der molekularen Wolken oder die Kinematik der Scheibe einer Spiralgalaxie?

Um diesen Fragen nachzugehen, hat ein internationales Team um Alejandro Borloff vom NASA Ames Research Center im Rahmen des SOFIA-Legacy-Programms SALSA (Survey on extragALactic magnetiSm with SOFIA) die Magnetfelder von 14 Galaxien in der Nachbarschaft der Milchstraße untersucht. Dazu haben die Forschenden die Galaxien mit der hochauflösenden Airborne Wideband Camera HAWC+ an Bord von SOFIA im fernen infraroten Wellenlängenbereich bei zwischen 53 und 214 Mikrometern beobachtet. Nur bei diesen Wellenlängen können Forschende die Magnetfelder in den kalten, dichten Molekülwolken der Sternentstehungsgebiete vermessen. Allerdings sind Magnetfelder von Natur aus schwer bzw. nur indirekt zu detektieren, sodass die Forschenden einen Trick anwenden: In den Molekülwolken befinden sich längliche Staubkörner geringer Ausdehnung, die sich senkrecht zum Magnetfeld ausrichten, sodass die Strahlung, die von diesen Staubkörnern ausgeht, polarisiert ist. Mit dem HAWC+-Instrument konnte das Team um Alejandro Borloff dieses polarisierte, ferninfrarote Licht der magnetisch ausgerichteten Staubkörner beobachten und daraus anschließend die Orientierung der Magnetfelder in den Molekülwolken ableiten.

Ein Vergleich mit Radiodaten vom Effelsberg-Teleskop in Deutschland und Very Large Array in New Mexico bei Wellenlängen von wenigen Zentimetern, die beide für die polarisierte Strahlung aus dem weniger dichten Gas der Galaxien empfindlich sind, zeigt Erstaunliches: Spiralgalaxien neigen zwar dazu Magnetfelder zu haben, die auf großen Skalen den Spiralarmen aus Gas und Sternen folgen. Die mit SOFIA abgeleiteten Magnetfelder auf den kleineren Skalen der Molekülwolken sind jedoch chaotischer und weniger geordnet als die mit Radioteleskopen beobachteten. „Die Ergebnisse des Projektes SALSA sind sehr wichtig“, erläutert Rainer Beck vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und Ko-Autor der veröffentlichten Studie. “Zum ersten Mal gibt es Polarisationsdaten von Galaxien mit ähnlicher Winkelauflösung wie die unserer Radiokarten im Ferninfrarot, sodass sich die Magnetfeldstruktur im kalten interstellaren Medium mit der im warmem interstellaren Medium vergleichen lässt. Die Strukturen sind ähnlich, aber es gibt auch signifikante Unterschiede, z.B. in Regionen zwischen den Spiralarmen und in den Außengebieten der galaktischen Scheiben. Die Ähnlichkeit der im Ferninfrarot- und Radiobereich gemessenen Magnetfeldstrukturen ist ein starkes Argument für die Aktivität von galaktischen Dynamos, deren Theorie vor rund 50 Jahren in Deutschland, den USA und Russland entwickelt wurde.“

Das SALSA-Projekt umfasst neben sogenannten Starburst-Galaxien, die mit einer unglaublich hohen Rate Sterne bilden – oft als Folge einer Kollision zwischen Galaxien oder anderer gravitativer Störungen – auch Galaxien, die ein supermassereiches Schwarzes Loch beherbergen, das energiereiche Jets aus ionisiertem Gas senkrecht zur galaktischen Ebene rauschleudert. Die SALSA-Ergebnisse zeigen, dass SOFIA das Magnetfeld, das parallel zu diesen Ausströmungen in Starburst-Galaxien ausgerichtet ist, im Ferninfraroten besser detektieren kann als Radioteleskope. Radioteleskope hingegen sind tendenziell empfindlicher für die Magnetfelder im diffusen Gas in den Regionen zwischen den Spiralarmen der Wirtsgalaxien. Bei einigen Galaxien wie etwa NGC 2146 ist SOFIA mithilfe der HAWC+-Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen sogar in der Lage, zwischen dem Magnetfeld des galaktischen Ausflusses und dem der galaktischen Ebene zu unterscheiden.

Das von den magnetisch ausgerichteten Staubkörnern im kalten, dichten interstellaren Medium ausgestrahlte Ferninfrarotlicht zeigt, dass Magnetfelder untrennbar mit der Sternentstehung verbunden sind: Dieselben Prozesse, die neue Sterne bilden, können gleichzeitig die Stärke und Struktur der umliegenden Magnetfelder beeinflussen. Die Ergebnisse des SALSA-Projekts zeigen, dass die Magnetfelder in turbulenten, dichten, sternbildenden Gaswolken ungeordneter sind als im diffusen interstellaren Gas – ein Effekt, der vermutlich direkt mit den Auswirkungen der von Sternbildung freigesetzten Energie zusammenhängt. Verschiedene Wellenbereiche (Ferninfrarot, Radio) offenbaren Regionen mit unterschiedlicher Magnetfeldstruktur. Hochauflösende Polarisationsbeobachtungen von Galaxien im fernen Infrarot, wie sie mit HAWC+ an Bord von SOFIA geliefert werden konnten, sind für das Verständnis der Rolle von Magnetfeldern in der Entwicklung des Universums von Bedeutung.

Über SALSA:
SALSA – Das Joint Legacy Program „SALSA – Survey of Extagalactic Magnetism with SOFIA“ zielt darauf ab, ein umfassendes empirisches Bild der magnetischen Feldstärke und Struktur im mehrphasigen ISM von Galaxien zu erstellen. Zum ersten Mal wird eine polarimetrische FIR-Durchmusterung von nahen Galaxien durchgeführt. Diese Ergebnisse werden mit radio-polarimetrischen und optischen spektroskopischen Beobachtungen kombiniert, um die Magnetfeldstärke/-struktur sowie die Gasdynamik als Funktion der Eigenschaften der Wirtsgalaxie und der galaktischen Umgebung auf der kpc-Skala zu bestimmen. Die polarimetrischen Beobachtungen dieses Legacy-Programms mit großem Feld und mehreren Wellenlängen werden einen entscheidenden Schritt darstellen, der den grundlegenden Rahmen für die Magnetfeldstruktur in den molekularen Gasscheiben naher Galaxien im kpc-Maßstab schaffen wird.

Über SOFIA:
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und FKZ 50 OK 2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

Originalveröffentlichung:
Extragalactic magnetism with SOFIA (SALSA Legacy Program) — V: First results on the magnetic field orientation of galaxies,
https://arxiv.org/abs/2303.13586,
pdf: https://arxiv.org/pdf/2303.13586.

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Quelle: Universität Stuttgart 25. Mai 2023.

25. Mai 2023 – Sobald ein Stern die Hauptreihe hinter sich gelassen hat – das längste Stadium der Sternentwicklung, in dem der durch die Kernfusion im Innern des Sterns erzeugte Strahlungsdruck der Schwerkraft die Waage hält – stößt der alternde Stern eine Hülle aus Gas und Plasma ab und ein planetarischer Nebel entsteht. Was in dieser Phase mit einem möglicherweise vorhandenen Planetensystem geschieht, ist allerdings ein Rätsel. Astronomen und Astronominnen wissen im Allgemeinen nicht, ob Planeten jenseits dieses Punktes überleben können bzw. welches Schicksal sie ereilt.
Ein Hinweis hierzu hat nun ein Team um Jonathan Marshall von der Academia Sinica in Taiwan im nahegelegenen Helixnebel gefunden, in dem es neue Daten von SOFIA, dem Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie und ALMA, dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, zusammen mit Archivdaten der Spitzer- und Herschel-Weltraumobservatorien untersucht hat.

Der Helixnebel ist ein junger planetarischer Nebel, in dem sich glühendes Gas ausbreitet, das von seinem alternden Wirtsstern ausgestoßen wurde. Im Zentrum des Nebels hat sich ein sehr junger Weißer Zwerg gebildet, der allerdings mehr Infrarotstrahlung aussendet als erwartet. Um zu klären, woher diese überschüssige Strahlung kommt, hat Marshall zusammen mit seinem Team zunächst untersucht, woher sie nicht kommen kann:
Kollisionen zwischen kleinen, festen Objekten aus kosmischem Staub, die sich während der Entstehung eines Planetensystems um einen Stern gebildet haben – sogenannte Planetesimale – können diese überschüssige Emission zwar grundsätzlich erzeugen, aber weder SOFIA noch ALMA konnten die dafür erforderlichen großen Staubkörner nachweisen.
Auch haben die Forschenden keine Kohlenmonoxid- oder Siliziummonoxidmoleküle gefunden, die für die Gasscheiben charakteristisch sind, die einen Stern nach seinem Leben auf der Hauptreihe umgeben können.

Zerstörung als Strahlungsquelle
Zusammen mit den Archivdaten grenzen die Beobachtungen von SOFIA und ALMA die verschiedenen Parameter der möglichen infraroten Strahlungsquelle – wie ihre Größe, Struktur und Umlaufbahn – stark ein, so dass nur eine Erklärung übrig bleibt: Staub, der sich bildet, wenn ausgewachsene Planeten bei der Entstehung des planetarischen Nebels zerstört werden und sich in Richtung des Sterns im Zentrum bewegen.

„Nachdem wir die Puzzleteile der Größe und Form der überschüssigen Emission sowie die daraus resultierenden Eigenschaften über die Staubkörner in der Umgebung des Weißen Zwerges zusammen gesetzt hatten, kamen wir zu dem Schluss, dass ein zerstörtes Planetensystem die beste Erklärung für den vorhandenen Infrarotüberschuss des Helixnebels ist“, sagt Jonathan Marshall, der Hauptautor der Studie.

Ein mögliches Szenario wäre die kontinuierliche Zerstörung tausender Kometen pro Jahr durch die intensive Strahlung des Weißen Zwerges. Dies würde den notwendigen Nachschub an Staub erklären, um die gemessene Infrarothelligkeit zu erhalten, welche einer gesamten Staubmasse von 500 Millionen Kometen der Größe von Hale-Bopp entspricht.

Ferninfrarotdaten von SOFIA füllen entscheidende Lücke
Die mit dem HAWC+ Instrument an Bord von SOFIA gemessenen Helligkeiten bei einer Wellenlänge von 54 µm konnten genau die Lücke zwischen den früheren Spitzer- und Herschel-Beobachtungen bei 24 und 70 µm schließen. „Diese Lücke lag genau dort, wo wir den Höhepunkt der Staubemission erwartet haben“, so Marshall. „Es ist wichtig, die Form der Staubemission zu bestimmen, um die Eigenschaften dieser Staubkörner einzugrenzen. Die SOFIA-Beobachtungen haben es uns ermöglicht, unser Verständnis zu verfeinern“.

Obwohl SOFIA nach seinem Betriebsende keine Folgebeobachtungen des Helixnebels mehr durchführen kann, ist diese Studie Teil eines größeren Projekts das darauf abzielt zu verstehen, was mit Planetensystemen geschieht, wenn sich ihr Zentralstern über die Hauptreihe hinaus entwickelt. Marshall und sein Team hoffen, auch andere Sterne in der Spätphase mit ähnlichen Techniken untersuchen zu können.

Originalveröffentlichung:
Evidence for the Disruption of a Planetary System During the Formation of the Helix Nebula , Jonathan P. Marshall et al 2023 AJ 165 22, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac9d90.

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Quelle: Universität Stuttgart 3. Mai 2023.

3. Mai 2023 – Seit SOFIA im Januar dieses Jahres im Pima Air and Space Museum (PASM) in Tucson, Arizona angekommen ist, hat sich das Team des Deutschen SOFIA Instituts (DSI) der Universität Stuttgart auf diesen Tag vorbereitet: Die für das Herausheben erforderliche Ausrüstung und die dafür benötigten Spezialwerkzeuge wurden zusammengestellt und getestet, Abläufe und Verfahren entwickelt und geprobt.

„Die Spiegelzelle – also der Hauptspiegel mit seiner Haltestruktur – wiegt etwa 2 Tonnen und selbst bei voll geöffneter Teleskoptür ist nicht viel Spielraum vorhanden, um das fast 3,5 m durchmessende Bauteil aus der Cavity zu heben.“, erläutert Oliver Zeile, leitender Teleskopingenieur des DSI. „Entsprechend mussten wir uns gut auf diese Aktion vorbereiten. Außerdem haben wir anschließend einen Masse-Dummy eingebaut, damit das Flugzeug und das restliche Teleskop ausbalanciert bleiben.“ Da der Spiegel nach oben aus dem Flugzeug gehoben wurde, musste die Teleskoptür ein letztes Mal geöffnet werden, um anschließend dauerhaft geschlossen und versiegelt zu werden.

Der ausgebaute Teleskopspiegel wird zunächst am NASA Armstrong Flight Research Center (AFRC) in Palmdale, Kalifornien zwischengelagert, bevor er zum Deutschen Optischen Museum (DOM) nach Jena gebracht wird und dort ein zentrales Exponat der Ausstellung werden soll.
Bereits am 19. April hat das DSI-Team den sogenannten Tertiärspiegel ausgebaut, der voraussichtlich ebenfalls im DOM ausgestellt wird. Den Sekundärspiegel hatten die Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen des DSI bereits im Herbst 2022 am AFRC sichergestellt.

Diverse Elektronikboxen und Kontrolleinheiten des SOFIA Teleskops sowie seine Leitkameras wurden inzwischen ebenso ausgebaut wie die Gyroskope des Observatoriums. „Der Rücktransport des SOFIA-Bundeseigentums nach Deutschland ist in Vorbereitung und wird noch einige Zeit in Anspruch nehmen“, so Michael Hütwohl, Teleskopmanager und Leiter des DSI Teams am AFRC in Palmdale.

Über SOFIA:
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und FKZ 50 OK 2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

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Quelle: Universität Stuttgart 16. März 2023.

16. März 2023 – Es zeigt sich, dass die lokale Geografie des Mondes eine wichtige Rolle für die Menge und Verteilung des vorhandenen Wassers spielt: An den Schattenseiten von Kratern und Bergen befindet sich mehr Wasser als an sonnenbeschienenen Hängen oder Ebenen – ein Phänomen, das wir vom Skifahren kennen.

„Wenn wir uns die Wasserdaten ansehen, können wir tatsächlich Kraterränder und die einzelnen Berge sehen“, sagte Bill Reach, Direktor des SOFIA Science Center am Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley und Hauptautor der Studie, die er auf der Lunar and Planetary Science Conference 2023 vorgestellt hat. „Wir können dank der höheren Wasserkonzentration an schattigen Orten sogar Unterschiede zwischen den Sonnen- und Schattenseiten der Berge erkennen.“

Bereits 2020 konnten Forschende mit Hilfe von SOFIA-Daten den lang erhofften, eindeutigen Beweis erbringen, dass molekulares Wasser auch im Bereich der wärmeren, von der Sonne beschienenen Mondoberfläche vorkommt und nicht nur an den schattigen Polen. Frühere Weltraummissionen zur Beobachtung der Mondoberfläche untersuchten andere Wellenlängen des Lichts und konnten Wasser nicht von ähnlichen Molekülen wie Hydroxyl unterscheiden.

„Die neue Karte der erdzugewandten Seite der Mondoberfläche erstreckt sich vom 60. Breitengrad bis zum Südpol des Mondes“, erklärt Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director der Universität Stuttgart, die auf deutscher Seite das SOFIA-Projekt koordiniert. „Mit diesen Daten können wir sehen, wie sich Wasser bei verschiedenen Sonnenständen, also Mondtageszeiten, auf dem Mond verteilt. Das sollte uns mehr über den Ursprung des beobachteten Wassers verraten.“

Das Wasser des Mondes kann im Boden als Eiskristalle oder Wassermoleküle, die chemisch an andere Materialien gebunden sind, vorkommen. Woher das Wasser des Mondes kommt – ob es in den Mineralien des Mondes enthalten ist oder ausschließlich von Kometen und Sonnenwind geliefert wird – ist eine noch offene Frage. Klar ist jedoch, dass der Mond viel größere Wassermengen beherbergt, als wir bisher angenommen haben.

Entscheidende Resource für zukünftige Missionen
„Wasser ist eine entscheidende Ressource, wenn Menschen den Mond langfristig erforschen oder ihn als Sprungbrett für Missionen zum Mars nutzen wollen“, so erläutert Reinhold Ewald, europäischer Astronaut und Professor am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart. „Je mehr Wasser wir bereits auf dem Mond vorfinden, desto leichter können wir diese Vorhaben umsetzen.“

Weitere Beobachtungsdaten anderer Orte auf der Mondoberfläche befinden sich im SOFIA-Archiv und werden derzeit analysiert. „So wird SOFIA auch trotz der Beendigung des Beobachtungsbetriebs Ende September 2022 noch wesentliche Beiträge zu den Vorkommnissen und Verteilungen von Wasser auf der Mondoberfläche beisteuern“, so Schulz.

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und FKZ 50 OK 2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

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Quelle: Universität Stuttgart 17. Februar 2023.

17. Februar 2023 – Cygnus X ist eine ausgedehnte Region in etwa 5.000 Lichtjahren Entfernung von der Erde, in der aus Gas und Staub ständig neue Sterne entstehen. Wie genau dieser Prozess abläuft, war bisher nicht bekannt. Ein internationales Team um Nicola Schneider von der Universität zu Köln konnte nun anhand von Beobachtungen mit der fliegende Sternwarte SOFIA zeigen, dass sich in Cygnus X die Gaswolken, aus denen letztlich die neuen Sterne entstehen, in nur einigen Millionen Jahren bilden. Das ist für astronomische Zeitskalen schnell und steht im Widerspruch zur bisherigen Lehrmeinung, nach der dieser Prozess quasi-statisch abläuft und dann typischerweise mehrere hundert Millionen Jahre dauern sollte.

Diese neuen SOFIA-Daten zeigen weiter, dass diese Hochgeschwindigkeits-Gaswolken in Cygnus X im Innern einen dichten Kern aus molekularem Wasserstoff (H₂) aufweisen, der von einer Hülle aus atomarem Wasserstoff (H) umgeben ist. Diese beiden Regionen stehen in einer hochdynamischen Wechselwirkung zueinander, so dass ihre Hüllen mit bis zu zwanzig Kilometern pro Sekunde miteinander kollidieren. „Durch diese hohe Geschwindigkeit wird das Gas zu dichteren, molekularen Gebieten komprimiert, in denen sich neue, hauptsächlich massereiche Sterne bilden“, so Nicola Schneider.

Die Beobachtungen von Cygnus X wurden im Rahmen von SOFIAs internationalem Langzeitprogramm FEEDBACK unter der Leitung von Nicola Schneider und Alexander Tielens (University of Maryland) durchgeführt. Es widmet sich der Frage, welche Prozesse die Sternentstehung hauptsächlich antreiben und wie sich diese zwischen verschiedenen Sternentstehungsgebieten unterscheiden.

Da atomarer Wasserstoff in Sternentstehungsgebieten schwer zu detektieren ist, beobachten Forschende üblicherweise die Spektrallinien des ionisierten Kohlenstoffs (CII) bei 158 Mikrometern, der im interstellaren Gas ein verlässlicher Indikator für das Vorhandensein von atomarem Wasserstoff ist. „Wir brauchen die CII-Beobachtungen, um dieses ansonsten ‚dunkle‘ Gas nachzuweisen“, sagt Dr. Schneider. „Nur mit SOFIA und seinen empfindlichen Instrumenten konnten wir nun zum ersten Mal diese schwache CII-Strahlung aus den Randgebieten einer solchen Wolke messen.“

Nachdem SOFIA seinen Beobachtungsbetrieb zum Ende September 2022 eingestellt hat, sind die bisher gemessenen Daten von großer Bedeutung für die astronomische Grundlagenforschung, denn es gibt kein anderes Observatorium, das in dem Wellenlängenbereich zwischen 30 und 300 Mikrometern beobachten und ausgedehnte Kartierungen anfertigen kann. Das jetzt aktive James Webb-Weltraumteleskop beobachtet im Infrarotbereich bei kürzeren Wellenlängen bis 28 Mikrometer und konzentriert sich auf räumlich kleine Gebiete. „In der Liste der bislang beobachteten FEEDBACK Quellen befinden sich weitere Gaswolken in unterschiedlichen Entwicklungsstadien, in denen wir jetzt die schwache CII-Strahlung in den Randgebieten der Wolken suchen, um ähnliche Wechselwirkungen wie in der Cygnus X Region aufzuspüren“, so Schneider.

„Nicht nur mit seinen verschiedenen Langzeitstudien stellt das SOFIA-Team kommenden Generationen von Astronominnen und Astronomen möglichst umfangreiche und vollständige Datensätze im Ferninfraroten zur Verfügung, die auch weit über SOFIAs eigentliche Betriebszeit hinaus unter verschiedensten Blickwinkeln analysiert werden können“, so Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operations Deputy Director vom Deutschen SOFIA Institut, das an der Universität Stuttgart SOFIAs Betrieb auf deutscher Seite koordiniert. „Das SOFIA-Datenarchiv wird noch viele spektakuläre Erkenntnisse im Bereich der Sternentstehung und anderen astronomische Forschungsgebieten möglich machen.“

Originalveröffentlichung:
“Ionized carbon as a tracer for the assembly of interstellar clouds”, Nicola Schneider et al. 16. Februar 2023, Nature Astronomy
https://www.nature.com/articles/s41550-023-01901-5

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Quelle: Universität Stuttgart 13. Januar 2023.

13. Januar 2023 – Das Deutsche SOFIA Institut der Universität Stuttgart, welches seit 2004 auf deutscher Seite die Vorbereitung und Durchführung des wissenschaftlichen Betriebs von SOFIA durchgeführt hat, wird die Kollegen und Kolleginnen der NASA und vom Pima Museum dabei unterstützen, SOFIA in die Dauerausstellung vor Ort zu integrieren.

Bereits am 13. Dezember 2022 war die fliegende Sternwarte zum letzten Mal abgehoben, um vom NASA Armstrong Flight Research Center (AFRC) in Palmdale zur Davis-Monthan Air Force Base in Tucson zu fliegen. Den letzten Kilometer von der Air Force Base zum Pima Museum legte SOFIA nach der Weihnachtspause über zum Teil unbefestigte Wege geschleppt zurück. Für den Transport, der etwa drei Stunden dauerte, wurde die zu überquerende Straße kurzzeitig für den Autoverkehr gesperrt.

Nachdem die amerikanische Weltraumbehörde NASA und die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR am 28. April 2022 gegen den Rat deutscher und US-amerikanischer Wissenschaftler verkündet hatten, den Betrieb von SOFIA einzustellen, hat das Observatorium in der Nacht vom 28. auf den 29. September 2022 ihren letzten wissenschaftlichen Flug absolviert. Im Oktober nahm SOFIA dann zum ersten – und damit leider auch zum letzten – Mal an der Aerospace Valley Air Show auf der Edwards Air Force Base teil.

Anschließend hat das DSI vor Ort in Palmdale bis Anfang Dezember diverse deutsche Hardware-Komponenten wie etwa den Sekundärspiegel des Teleskops und den Focal Plane Imager plus (FPI+) – die Leitkamera des Observatoriums – ausgebaut und für den Versand nach Deutschland vorbereitet. In Tucson werden die Kollegen und Kolleginnen des DSI nun noch den 2,7 Meter durchmessenden Hauptspiegel aus dem Teleskop ausbauen, der an das Deutschen Optischen Museum (DOM) in Jena überführt werden soll und dort das Herzstück der neuen SOFIA Ausstellung im DOM sein wird.

Auch das abbildende Ferninfrarot Spektrometer FIFI-LS (Field-Imaging Far-Infrared Line Spectrometer) der Universität Stuttgart wird seit Oktober 2022 für den Rücktransport nach Stuttgart vorbereitet. In welcher Form es eine Weiterverwendung für dieses spezielle Instrument geben wird, ist noch nicht entschieden. Seine Sensoren, die speziell zum Detektieren von ferninfraroten Wellenlängen in Handarbeit hergestellt wurden, sollen auf jeden Fall für mögliche zukünftige Ferninfrarotmissionen erhalten bleiben. Ende August hatte FIFI-LS in seiner letzten Kampagne an Bord von SOFIA unter anderem das Galaktischen Zentrum unserer Milchstraße kartiert. Mit diesen Beobachtungen können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Bahnen des interstellaren Gases auf dem Weg ins zentrale, massive Schwarze Loch unserer Milchstraße genauer analysieren.

Alle von SOFIA gesammelten Beobachtungsdaten kommen in das Infrared Science Archive (IRSA) am Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) in Pasadena, Kalifornien, so dass Forschende auch in Zukunft noch zahlreiche wissenschaftliche Erkenntnisse daraus ableiten können. In den nächsten Monaten plant das DSI ein gespiegeltes Archiv dazu auf einem deutschen Server aufzubauen, welches weitere Verbesserungen der Datenprozessierung in den nächsten Jahren ermöglicht, so dass Astronomen und Astronominnen aus Deutschland und der ganzen Welt das Erbe, dass SOFIA hinterlässt, noch besser für ihre wissenschaftlichen Arbeiten nutzen können. “Da in nächste Zukunft weltweit kein anderes Ferninfrarot-Observatorium geplant ist, ist der Wert jedes bereits gemessenen Infrarot-Photons für Astronomen deutlich gestiegen. Damit ist es noch wichtiger die gesammelten SOFIA Daten so gut wie möglich aufzubereiten und der Wissenschaft einfach durchsuchbar zur Verfügung zu stellen.“, so Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operations Deputy Director am DSI. „Ich denke, es wird noch viele SOFIA Veröffentlichungen geben die zeigen, dass die Beendigung des Projektes verfrüht und unberechtigt war.“

Auch wenn beim DSI Team immer noch Unverständnis und Trauer über das verfrühte Ende der Mission vorherrscht – der Betrieb von SOFIA war ursprünglich auf 20 Jahre ausgelegt, dann aber ohne die übliche wissenschaftliche Begutachtung nach 8,5 Jahren eingestellt worden – schaut das DSI auf eine erfolgreiche Betriebszeit von SOFIA zurück. So hat zum Beispiel das vom DSI gewartete und kontinuierlich weiterentwickelte Teleskop, der deutsche Hauptbeitrag zum SOFIA-Observatorium, während SOFIAs Betriebszeit nahezu perfekt funktioniert. „In den Jahren 2017 bis 2020 sind nur vier Wissenschaftsflüge aufgrund von technischen Teleskopproblemen ausgefallen. Das entspricht weniger als 1 % der durchgeführten Flüge. Die Ausfallursachen konnten allesamt innerhalb eines Tages behoben werden. Dies unterstreicht die außerordentliche Zuverlässigkeit des Teleskops und die Problemlösungs-Fähigkeit des DSI-Teams.“, so Michael Hütwohl, SOFIA Teleskopmanager des DSI.

Viele wissenschaftliche Missionen, wie etwa die Beobachtung der Plutobedeckung im Juni 2015 oder die Suche nach Wasserspuren auf der Mondoberfläche, waren nur durch die tatkräftige Unterstützung des DSI Teams möglich. Ganz zu schweigen von den Forschungseinsätzen auf der Südhemisphäre – vor allem in Christchurch, Neuseeland (2013, 2015 bis 2019 und 2022), aber auch in Französisch-Polynesien (Sommer 2021) und Chile (März 2022). Selbst während der Einschränkungen durch die Corona-Pandemie hat das DSI-Team unter extremen Bedingungen hundertprozentigen Einsatz gezeigt und zum Beispiel im Februar und März 2021 die sechswöchige Beobachtungskampagne von Köln aus mit vorbereitet und vor Ort unterstützt.

Während der beiden Besuche von SOFIA am Stuttgarter Flughafen im September 2011 und 2019 haben die Kolleginnen und Kollegen des DSI der Öffentlichkeit dieses besondere Flugzeug und seine Mission vorgestellt und bei den Führungen durch das Observatorium mit zahlreichen authentischen Erfahrungsberichten nahegebracht. „Trotz der besonderen technischen Herausforderungen einer flugzeuggestützten Sternwarte war SOFIA ein außerordentlich erfolgreiches Projekt mit exzellentem wissenschaftlichem Ertrag – und dies insbesondere für die deutsche Astronomische Community und die Universität Stuttgart“, so Alfred Krabbe, Leiter des DSI.

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Quelle: Universität Stuttgart 26. September 2022.

26. September 2022 – Anfang September konnten neun Lehrkräfte aus Baden-Württemberg, Bayern, Berlin, Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern an Forschungsflügen von SOFIA teilnehmen. Damit hat das SOFIA German Ambassador Programm (SGAP) einen schönen Abschluss gefunden. Die Bewerbungen der ausgewählten Lehrerinnen und Lehrer waren schon vor der Covid19-Pandemie beim DSI eingegangen, doch das Mitflugprogramm konnte erst dieses Jahr wieder aufgenommen werden. Nachdem die Einstellung des SOFIA-Projektes für Ende September erst im April dieses Jahres bekanntgegeben worden ist, hatten die Lehrkräfte eigentlich schon die Hoffnung auf einen Mitflug aufgegeben. Aber Ende Juni haben sie die Nachricht von der Möglichkeit, noch vor Projektende an einem SOFIA-Flug teilnehmen zu können, erhalten und mit Freude und Überraschung aufgenommen. Die Vorbereitung für die Reise und die Flüge an Bord von SOFIA erfolgte in einer Vielzahl von Web-Konferenzen, zu denen sich die Lehrkräfte von Klassenfahrten, Projekttagen oder aus ihrem Sommerurlaub einwählen konnten. Ein Schreckmoment etwa sechs Wochen vor der Abreise war der Sturmschaden, der bei einem Unwetter in Christchurch, Neuseeland, durch die Außentreppe am 18. Juli verursacht wurde. Nachdem am 8. August dann durch einen Functional Check-Flight die Freigabe für weitere Wissenschaftsflüge gegeben werden konnte, war die Erleichterung bei den Lehrkräften groß.

In Palmdale konnten die Lehrkräfte bei Führungen mit den DSI-Ingenieuren Oliver Zeile und Nadine Fischer durch den Hangar 703 des Armstrong Flight Research Center und durch das SOFIA-Flugzeug schon viele Informationen erhalten. Der Höhepunkt war die Teilnahme an den fast 10-stündigen Forschungsflügen. Schon in den Mission-Briefings, bestehend aus den Missions-Direktoren, Piloten, Flugingenieur, Sicherheitstechniker, den Teleskop-Operatoren und den Instrumenten-Wissenschaftler*innen, sowie den mitfliegenden Lehrkräften, wurde deutlich, dass das für sie eine einzigartige Erfahrung wird.

Das SOFIA-Flugzeug gleicht einem fliegenden Labor mit dem Teleskop als Herzstück. Die Sitzplätze an den Computer-Konsolen auf dem Hauptdeck des Flugzeugs sind nach hinten gerichtet, damit die Mitfliegenden das Teleskop während des Fluges ständig im Blick haben. Nur die Besatzung im Cockpit schaut nach vorne. Die Perspektive der Piloten konnten während Start und Landung von den Lehrkräften geteilt werden: die beiden zusätzlichen Sitze im Cockpit waren für die Gäste reserviert. Safia Ouazi konnte den ersten Start in dieser Woche im Cockpit erleben und den Funkverkehr der Piloten verfolgen. Nach dem Start Richtung Westen über die Mojave Wüste sagte sie: „Ich bin eigentlich sprachlos. Es war für mich wie ein Traum in den Sonnenuntergang hinein zu starten.“ Nachdem SOFIA abgehoben hatte, konnte ihr der dritte Mann im Cockpit – Flugingenieur Richard Gould – viele Einzelheiten erklären. Auch die Teleskoptür öffnete der Flugingenieur mit einem Hebel im Cockpit, so dass das Teleskop mit den geplanten Beobachtungen von Mond und Galaxien beginnen konnte.

Die zehn Stunden an Bord waren für die Lehrkräfte sehr kurzweilig. In Gesprächen mit dem SOFIA-Team über Flugplanung und Wissenschaft sowie über die Steuerung und Lagerung des Teleskops konnten sie einen Einblick in die Komplexität des fliegenden Observatoriums erhalten und Anknüpfungspunkte für ihren Unterricht an ihren Heimatschulen in Deutschland finden. Mit ihren Fragen konnten sich die Lehrerinnen und Lehrer während der Flüge auch an die DSI-Ingenieure Oliver Zeile, Rainer Valek, Christian Fischer und Benjamin Greiner wenden. Die Wissenschaftlerin Anicia Arredondo zeigte eine Präsentation und erläuterte, dass mit diesen letzten FORCAST-Flügen (Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope) eine Kartierung des Wassers auf dem Mond erfolgen soll, um zu verstehen wie der Wassergehalt mit der geografischen Breite, der Zusammensetzung und der Temperatur des Mondes variiert.

Anders als in Passagierflugzeugen, konnten sich die Lehrkräfte im Flugzeug frei bewegen, und so mal für eine Weile der Teleskop-Operatorin oder dem Mission-Direktor direkt über die Schulter schauen und sie zu ihren Aufgaben befragen. Auch der Blick aus dem Fenster, beispielsweise bei Gewitter, faszinierte die Lehrkräfte. Nils Wüchner, der während des Flugs viele Fotos gemacht hat, bemerkt zu der besonderen Perspektive: „Ich konnte den Großen Wagen über den Wolken fotografieren.“

Florian Rüth fasste die Erfahrungen an Bord von SOFIA für die Lehrkräfte zusammen: „Physik wird greifbar.“ Er und seine Kolleg*innen sind sich sicher, dass sie viel von dem, was sie mit und in SOFIA hautnah erlebt haben, in ihren Unterricht einbauen können. Rita Isenmann spricht aus, was die mitreisenden Lehrkräfte alle denken: „Es war ein grandioses Erlebnis, die Wissenschaft der Astronomie so hautnah miterleben zu können. Schade, dass SOFIA nicht weiterfliegen darf.“

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und FKZ 50 OK 2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

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Quelle: Universität Stuttgart 11. August 2022.

11. August 2022 – Bereits am Montag, den 8. August 2022 hatte SOFIA erfolgreich seinen Check Flug nach der Downtime durchgeführt, die wegen eines Sturmschadens am Flugzeug notwendig wurde. Am Ende des knapp zweistündigen Fluges hat sich SOFIA mit einem Tiefflug über den Cathedral Square und den Hagley Park sowie den Airport bei seiner großen Fangemeinde in Christchurch bedankt und dabei mit einem „Thank-You and Good-Bye“ Flügelwackeln verabschiedet.

Seit dem 19. Juni 2022 war die fliegende Sternwarte ein letztes Mal in Christchurch zu Gast, um die für Infrarotastronomie einzigartigen Bedingungen des neuseeländischen Winters zu nutzen und Objekte des südlichen Himmels zu beobachten.

Mit der High-resolution Airborne Wideband Camera Plus (HAWC+) hat das Team im Rahmen eines zentralen Langzeit-Programms den Einfluss von kosmischen Magnetfeldern auf die Sternentstehung auf unterschiedlichsten Skalen untersucht: im Detail in unserer eigenen Galaxie und auf großen Skalen in nahegelegenen anderen Galaxien.

Mit dem deutschen Spektrometer GREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) haben die Forschenden untersucht, wie sich Gaswolken in Sternentstehungsgebieten der Milchstraße bewegen und wie die Winde heißer, neu entstandener Sterne die Bildung weiterer Sterne anregt oder verhindert.

„Auch wenn wir die diesjährige Beobachtungsserie wegen des Sturmschadens früher als geplant beenden mussten, haben wir auch bedingt durch die Nähe zur Antarktis, die Neuseeland bietet, wieder einzigartige Infrarotdaten gewinnen können, von denen noch viele Astronominnen und Astronomen weltweit profitieren werden“, so Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operations Deputy Director der Universität Stuttgart. „Umso bedauerlicher ist es, dass die NASA und das DLR sich entschlossen haben, die Beobachtungsflüge von SOFIA trotz seiner Erfolge nach dem 30. September 2022 einzustellen. Damit wird ein schwer zu stopfendes Loch für die internationale Ferninfrarotastronomie geschaffen.“

Führungen für Interessierte
Das Team des Deutschen SOFIA Instituts der Universität Stuttgart hat die Downtime in Christchurch genutzt, um zusammen mit den NASA Kollegen und Kolleginnen vor Ort noch rund 200 interessierte Besucherinnen und Besucher durch das Flugzeug zu führen und dabei die Besonderheiten des Observatoriums sowie die Herausforderungen der Infrarotastronomie zu erläutern.

Vorbereitungen der finalen FIFI-LS Flugserie
Parallel hat DSI-Instrumentenwissenschaftler Christian Fischer die letzte Flugserie mit dem Stuttgarter Instrument FIFI-LS vorbereitet, die am 22. August 2022 von Palmdale aus starten wird.

Während der acht geplanten Beobachtungsflüge soll unter anderem die Zigarrengalaxie M82 untersucht werden, in der gerade ein „Starburst“, die explosionsartige Entstehung von Sternen, stattfindet. Dieser Starburst treibt einen extragalaktischen Wind an, der große Mengen Materie aus der galaktischen Scheibe herausschleudert. FIFI-LS kann klären, ob eventuell sogar in diesen Winden selbst neue Sterne entstehen. Dafür ist eine großflächig angelegte Kartierung von ionisiertem Kohlenstoff im Infrarotbereich notwendig. Vor allem in der Scheibenebene sowie in den äußeren Bereichen der Galaxie fehlen in einigen Regionen noch Daten, um die bereits vorhandene Karte zu vervollständigen.

Zusätzlich sind weitere Beobachtungen im Galaktischen Zentrum unserer Milchstraße geplant, mit denen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Bahnen des interstellaren Gases auf dem Weg ins zentrale, massive Schwarze Loch unserer Milchstraße genauer analysieren können.

Nicht zuletzt sollen weitere Daten des Sternentstehungsgebiets M42 im Sternbild Orion gewonnen werden, das wegen der Nähe zum Sonnensystem eine detaillierte räumliche Analyse der Gasbewegungen und seiner physikalischen Parameter erlaubt.
„Mit diesen Beobachtungen können wir vor allem für die deutsche astronomischen Community noch ein paar wertvolle wissenschaftliche Daten im Ferninfraroten zur Verfügung stellen – Daten, die nach Beendigung des SOFIA Projektes nicht mehr zugänglich sein werden“, so Christian Fischer.

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Quelle: Universität Stuttgart 21. Juni 2022.

21. Juni 2022 – Die Nachfrage der astronomischen Gemeinschaft nach Beobachtungen des südlichen Himmels ist wie immer groß, und das SOFIA-Team arbeitet daran, diese zu ermöglichen. In diesem Jahr war SOFIA bereits einmal für einen kurzen, zweiwöchigen Einsatz zur Beobachtung der Großen Magellanschen Wolke in Santiago de Chile, Chile. Jetzt, da die COVID-Reisebeschränkungen gelockert wurden, kehrt SOFIA zum siebten Mal nach Neuseeland zurück.
Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart, das SOFIAs Betrieb auf deutscher Seite koordiniert, stellt dabei auch in Christchurch wieder sicher, dass das deutsche Teleskop an Bord der fliegenden Sternwarte immer einsatzbereit ist.

„Wir freuen uns nach einer zweijährigen coronabedingten Zwangspause nach Christchurch zurückzukehren, um bereits begonnene Projekte abschließen oder fortführen zu können und neue Bereiche des Südhimmels im Infraroten zu erforschen“, sagt Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operations Deputy Director der Universität Stuttgart.

SOFIA hat während seiner bisherigen Betriebszeit bereits zwölf Einsätze fernab vom heimischen Einsatzort in Kalifornien absolviert, um z.B. Himmelsobjekte und Phänomene zu beobachten, die am heimischen Himmel von Palmdale aus nicht sichtbar sind. So konnte das SOFIA-Team Sternbedeckungen von Florida und Neuseeland aus beobachten. Die extrem guten atmosphärischen Bedingungen auf der Südhalbkugel in deren Winter erlauben einen ganz besonders störungsfreien Blick auf Sternentstehungsgebiete und die dort sichtbaren komplexen Wechselwirkungen zwischen neu entstandenen Sternen und den Gaswolken, aus denen sie selbst entstanden sind. Christchurch ist inzwischen fast so etwas wie SOFIAs zweites Zuhause. 2022 plant SOFIA 32 Flüge zur Beobachtung einer Vielzahl von Himmelsobjekten und -phänomenen, wie kosmische Magnetfelder, Kinematik bei der Sternentstehung und von kosmischer Strahlung angeregte Chemie im Weltraum.

Das magnetische Universum
Mit der High-resolution Airborne Wideband Camera Plus (HAWC+) an Bord von SOFIA können Astronomen und Astronominnen kosmische Magnetfelder auf vielen Skalen nachweisen. Zunächst wird das SOFIA-Team von Neuseeland aus die Magnetfelder in den zentralen Regionen unser eigenen Galaxie, der Milchstraße, kartieren und somit ein zentrales Langzeit-Programm von SOFIA vervollständigen.
Die meisten Sterne unserer und anderer Galaxien bilden sich allerdings in fadenförmige Strukturen voller kaltem Gas und Staub, sogenannten Filamenten. Daher wird das HAWC+-Instrument außerdem die Magnetfelder in diesen Filamenten detailliert messen, so dass Forscher und Forscherinnen untersuchen können, welche Rolle Magnetfelder mit ihren unsichtbaren Kräften bei der Sternentstehung in Filamenten spielen.

Blubbernde Sterne und ein Barometer für kosmische Strahlung
In der zweiten Hälfte des diesjährigen Neuseelandaufenthaltes wird das deutsche Instrument GREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) eine Vielzahl von Studien durchführen, darunter auch die Untersuchung der stellaren Rückkopplung in Sternentstehungsgebieten: Wie beeinflussen Sterne die Regionen um sie herum? Junge, massereiche Sterne erzeugen gewaltige Winde, die in die sie umgebende staubige Materie eindringen. Dadurch können sie eine erneute Sternentstehung auslösen oder diese unterdrücken und somit materiearme Blasen in den interstellaren Gas- und Staubwolken erzeugen. Mit diesen Daten wollen die Forschenden verstehen, wann und warum die Sternentstehung begünstigt oder abgeschwächt wird.

Wie ein Radio kann GREAT so eingestellt werden, dass es Signale bei ganz bestimmten Frequenzen empfängt. Während des Einsatzes in Neuseeland wird es so eingestellt sein, dass es unter anderem Hydridmoleküle registriert, also solche Verbindungen, die Wasserstoff (H) enthalten. Diese Moleküle gehörten zu den ersten chemischen Verbindungen, die sich in unserem Universum gebildet haben. Selbst heute entstehen sie gelegentlich unter ganz bestimmten, extremen Umständen und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können so ihre Entstehungsrate bestimmen. Allerdings sind diese Moleküle sehr empfindlich und können leicht durch vorbeifliegende kosmische Strahlung – also hochenergetische Teilchen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen – zerstört werden. Hydride sind also ein ausgezeichnetes Barometer für das Vorhandensein kosmischer Strahlung. Die von unserer Sonne erzeugte kosmische Strahlung ist gut verstanden, die kosmische Strahlung, die ihren Ursprung außerhalb unseres Sonnensystems hat, dagegen nicht. Das Verständnis des Gleichgewichts zwischen der Produktion und Zerstörung von Hydridmolekülen kann somit Aufschluss darüber geben, wo die kosmische Strahlung in Umgebungen außerhalb unseres Sonnensystems vorkommt.

Exzellente Astronomie
Viele der für Astronomen und Astronominnen wichtigsten Himmelsobjekte, wie das Zentrum der Milchstraße, sind entweder nur von der südlichen Hemisphäre aus sichtbar oder lassen sich von diesen Breitengraden aus besser beobachten. Drei Jahre nachdem die fliegende Sternwarte im Jahr 2010 die ersten Infrarotphotonen vom Nachthimmel empfing, also ihr sogenanntes „First Light“ hatte, reiste SOFIA erstmals nach Neuseeland. 2022 absolviert SOFIA ihren siebten Einsatz von „Down Under“ und hat inzwischen mit den hier gesammelten Daten einzigartige astronomische Ergebnisse erzielt.

„Umso unverständlicher ist es, dass NASA und DLR kürzlich verkündet haben, den Betrieb dieser voll funktionsfähigen Mission zum 30. September 2022 einstellen zu wollen, obwohl sie großartige Leistungen erbringt und sie sich auch weiterhin bezüglich Produktivität und Publikationsrate in einem deutlichen Aufwärtstrend befindet“, so Bernhard Schulz. „Zumal es für die nächsten 20 Jahre kein Nachfolgeobservatorium für das ferne Infrarot gibt und somit ein ganzer Bereich der Astronomie zerstört wird. Es bleibt abzuwarten, wie der US-Kongress sich in seinem Haushaltsvorschlag für das Finanzjahr 2023 dazu stellt. „

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