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

Der Beitrag FEEDBACK – Programm treibt Erkenntnisse zur Sternentstehung voran erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Im AstroGeo-Podcast erzählen Karl Urban und Franzi Konitzer abwechselnd eine Geschichte, die ihnen die Steine des kosmischen Vorgartens eingeflüstert oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. 

In dieser Episode geht es um euer Feedback zu den Geschichten: Das AstroGeoPlänkel ist eine regelmäßige Sonderfolge, in der es um eure Fragen, Kommentare, Anmerkungen und Wünsche geht.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• AstroGeo Podcast

Der Beitrag AstroGeoplänkel: Zwischen Multiversum und Meteoriten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: TU Ilmenau 20. Februar 2023.

20. Februar 2023 – Die prämierte Anwendung simuliert mithilfe von Virtual Reality optische und akustische Wahrnehmungen von Astronautinnen und Astronauten bei Außenbordeinsätzen an einer Weltraumstation. Für den Sieg erhalten die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein Preisgeld von 10.000 Euro, das sie für ihre weiteren Forschungsarbeiten verwenden werden.

Das Weltall ist vollkommen geräuschlos und schallfrei. Spricht ein Mensch im All, hat die eigene Stimme keinen Klang. Gleiches gilt für Geräusche, etwa das eines Akkuschraubers bei einer Reparatur am Raumschiff. Für Astronauten ist das fehlende akustische Feedback ein Problem, denn ohne Geräusche ist es für sie schwieriger zu erkennen, ob beispielsweise eine Schraube einklinkt und also richtig angebracht wurde. Erschwerend hinzu kommt das Arbeiten im Raumanzug, in dem die Raumfahrer nur eingeschränkt sehen können und von der Außenwelt abgekoppelt sind. Das Siegerprojekt der TU Ilmenau „Digitaler Astronaut – Außenbordeinsatz im Weltall“ soll Astronauten helfen, trotz ihrer eingeschränkten optischen und akustischen Wahrnehmung besser miteinander zusammenzuarbeiten.

Das Projekt Digitaler Astronaut geht hervor aus dem von der Europäischen Weltraumorganisation ESA finanzierten Forschungsprojekt der TU Ilmenau AVSPACE (Audiovisual Feedback to augmented manual Activities during Space Walks). Dabei entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fachgebiete „Virtuelle Welten und Digitale Spiele“ und „Elektronische Medientechnik“ eine erdähnliche räumliche Audioumgebung, die in Kombination mit visuellen Augmented-Reality-Elementen Raumfahrern dabei helfen soll, sich besser im Weltraum zu orientieren. Das künstlich erzeugte audiovisuelle Feedback soll ihr Bewusstsein für die Umgebung, in der sie sich befinden, schärfen und Einschränkungen etwa durch den Raumanzug sollen verringert werden. So sollen die Astronauten Wartungs- oder Reparaturarbeiten im All in Zukunft präziser ausführen und Fehler vermeiden.

Im Projekt Digitaler Astronaut werden junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun einen Demonstrator für die Zusammenarbeit von zwei virtuellen Astronauten bei Außenbordeinsätzen im All entwickeln: Mithilfe dieses Prototyps führt eine Person Wartungs- oder Reparaturarbeiten an der Internationalen Raumstation durch, während eine andere sie dabei aus dem Innern der Station anleitet. Virtual Reality taucht die „Raumfahrer“ dabei in eine scheinbare Wirklichkeit aus räumlichem Hören und virtuellen Bildern ein. Das künstlich erzeugte audiovisuelle Feedback soll ihr Bewusstsein für die Umgebung, in der sie sich befinden, schärfen, um Wartungsarbeiten im All in Zukunft präziser ausführen und Fehler vermeiden zu können.

Den Effekt, der das Bewusstsein, illusorischen Reizen ausgesetzt zu sein, so weit in den Hintergrund treten lässt, dass die virtuelle Umgebung als real empfunden wird, nennen Fachleute Immersion. Die Forschungsarbeiten werden von den jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am Ilmenau Interactive Immersive Technologies Center (I3TC) an der TU Ilmenau durchgeführt. Das I3TC ist gleichzeitig Forschungszentrum und Ausbildungseinrichtung für modernste Virtual-Reality- und Augmented-Reality-Technologien, vor allem auch für industrielle Anwendungen.

Im „Hochschulwettbewerb 2023 – Zeigt eure Forschung!“ hatte die gemeinnützige Organisation Wissenschaft im Dialog Studierende, Promovierende und junge Forscherinnen und Forscher aller Fachrichtungen aufgerufen, ihre Ideen rund um das Thema des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten „Wissenschaftsjahrs 2023 – Unser Universum” einzureichen. Die Projekte, die sie an ihren Hochschulen planen, sollten die gesellschaftliche Bedeutung ihrer Forschung vermitteln und dabei Bürgerinnen und Bürgern wissenschaftliche Themen „zugänglich und erlebbar machen“. Die fünfzehn besten Vorschläge wurden nun mit jeweils 10.000 Euro prämiert. Sie werden dafür verwendet, die Ideen in einem Forschungsprojekt umzusetzen.

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• Virtual Reality in der Raumfahrt

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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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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

Der Beitrag DSI: Sternentstehung in Höchstgeschwindigkeit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Stuttgart.

26. Juli 2021 – Am 19. Juli 2021 ist SOFIA, das Stratosphären-Observatorium der NASA und des DLR, auf dem Faa’a International Airport, außerhalb von Papeete, Tahiti, Französisch-Polynesien, gelandet und wird in den nächsten acht Wochen von dort aus den Südhimmel beobachten. Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart, das für den Betrieb der fliegenden Sternwarte auf deutscher Seite verantwortlich ist, wird permanent mit einem hochmotivierten sechsköpfigen Team vor Ort sein. „SOFIAs Basis samt Beobachtungsinstrumenten, dem Personal und der nötigen Ausrüstung für zwei Monate nach Tahiti zu verlegen, musste im Vorfeld mit allen beteiligten Partnern, lokalen Behörden, Flughafeneinrichtungen sowie den lokalen Anbietern koordiniert und geplant werden“, so Michael Hütwohl, DSI Standortleiter im kalifornischen Palmdale, wo SOFIA normalerweise stationiert ist. Jetzt werden wir natürlich sicherstellen, dass das SOFIA Teleskop bei dieser Mission stets einsatzbereit ist und einwandfrei funktioniert.“

Beim ersten Wissenschaftsflug vom Flughafen Tahiti am 23. Juli 2021 ist der Plan bereits voll aufgegangen und die beabsichtigten Beobachtungen konnten erfolgreich durchgeführt werden.

In der Regel operiert SOFIA einmal pro Jahr für bis zu zwei Monate von Christchurch, Neuseeland, aus, um zum Beispiel das Zentrum der Milchstraße oder die Magellanschen Wolken zu untersuchen, die von der Nordhalbkugel nur schwer oder gar nicht zu beobachten sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass der für Infrarotbeobachtungen störende Wasserdampf der Erdatmosphäre in den Monaten Juli bis September auf der Südhalbkugel viel weniger ist, als zeitgleich im Nord-Sommer.
Aufgrund der COVID-19 Reisebeschränkungen musste diese Expedition in den Süden 2020 komplett ausfallen. Dafür ist SOFIA nun 2021 vorrübergehend in Französisch-Polynesien stationiert.
Bis Anfang September sind insgesamt 32 Flüge geplant, 20 mit dem German Receiver at Terahertz Frequencies (GREAT) vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und der Universität Köln, zwölf mit HAWC+, der High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus.

Während der GREAT-Flugserie sollen unter anderem Beobachtungen für die Langzeitstudie FEEDBACK durchgeführt werden, um herauszufinden, wie genau massereiche Sterne – in denen ein Großteil der uns bekannten schweren chemischen Elemente produziert werden – die weitere Entstehung von Sternen und Planetensystemen beeinflussen. „Ein Großteil unserer Objekte kann nur vom Süden aus beobachtet werden“, so Nicola Schneider, von der Universität zu Köln, die das Programm zusammen mit Alexander Tielens von der University of Maryland, leitet. „Eine erfolgreiche Flugserie von Tahiti aus ist daher für unser Projekt sehr wichtig.“

Außerdem wird SOFIA mit einem weiteren Langzeitprogramm namens HyGAL die Verteilung der sogenannten kosmischen Strahlung, bestehend aus hochenergetischen geladenen Teilchen, in unserer Galaxie untersuchen, und so Hinweise auf den Ursprung dieser mysteriösen Teilchen liefern.
Auch wird es weitere Messungen von atomarem Sauerstoff in der Erdatmosphäre geben, der eine wichtige Rolle beim Energiehaushalt in der oberen Atmosphäre spielt und daher zur Abschätzung der Temperaturen in dieser Region verwendet wird. So helfen SOFIA-Daten die Klimamodelle unserer Erdatmosphäre zu verbessern.

Im letzten Drittel des Aufenthalts in Tahiti werden mit dem HAWC+ Instrument fadenförmige Regionen hoher Gasdichte – sogenannte Filamente – in polarisiertem Infrarotlicht beobachtet, um die Rolle von Magnetfeldern bei der Entstehung von Sternen auf unterschiedlichsten räumlichen Skalen zu verstehen.
Um die Magnetfelder und ihre Wirkung in der Nähe des zentralen supermassiven schwarzen Lochs unserer eigenen Galaxie zu ergründen, plant das SOFIA-Team mit HAWC+ ähnliche Beobachtungen der sogenannten Zentralen Molekularen Zone, einer 650 Lichtjahre umfassenden Region im galaktischen Zentrum, die sich durch dichte Molekülwolken und starke Turbulenzen auszeichnet.

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

Der Beitrag SOFIA beobachtet den Süd-Himmel 2021 von Tahiti aus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Neues Einsatzgebiet zur Beobachtung des Südhimmels

Eigentlich hätte die fliegende Sternwarte SOFIA den Nachthimmel der Südhalbkugel wie gewohnt von Neuseeland aus beobachten sollen. „Aufgrund der durch den Covid-19 verursachten Reiseeinschränkungen werden wir das Observatorium nicht wie gewohnt in Christchurch einsetzen. Wir haben uns daher entschieden, nach Tahiti auszuweichen“, sagt Heinz Hammes, SOFIA-Projektleiter bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Die Beobachtungen von der südlichen Hemisphäre aus haben für uns eine große wissenschaftliche Bedeutung. Deswegen sind wir der Regierung von Französisch-Polynesien sehr dankbar, dass sie uns aufgenommen und der wissenschaftlichen Gemeinschaft einen großen Dienst erwiesen haben. Alle unsere Mitarbeiter an Bord sind geimpft. Daher erwarten wir einen reibungslosen Ablauf der Kampagne und freuen uns auf tolle Ergebnisse“. SOFIA ist am 19. Juli 2021 um 13:42 Uhr Ortszeit (20. Juli 2021 01:42 Uhr deutscher Zeit) auf dem Fa’a’ā internationalen Flughafen in Französisch-Polynesien gelandet. Nach dieser Kampagne wird SOFIA nach Kalifornien zurückkehren, wo sie ihren jährlichen Routine-Check absolvieren wird, bevor das fliegende Observatorium wieder zu neuen spannenden Beobachtungen aufbrechen wird.

Von Französisch-Polynesien aus wird SOFIA etwa acht Wochen lang wissenschaftliche Flüge zur Beobachtung von astronomischen Quellen bestreiten, die von der nördlichen Hemisphäre aus nicht sichtbar sind. Während dieses Aufenthalts werden die Astronomen zwei der wissenschaftlichen Instrumente des fliegenden Observatoriums verwenden: das deutsche Instrument für hochauflösende Spektroskopie, GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) und das amerikanische Instrument zur Messung von Magnetfeldern, HAWC+ (High-resolution Airborne Wideband Camera).

Mit SOFIA den Ursachen des Klimawandels auf der Spur
„Zu den geplanten Projekten mit dem GREAT-Instrument gehören neue Messungen des atomaren Sauerstoffs in der oberen Atmosphäre der Erde. Sie werden uns dabei helfen, den Klimawandel besser zu verstehen“, berichtet Dr. Alessandra Roy, SOFIA-Projektwissenschaftlerin bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Klimamodelle sagen voraus, dass zunehmende Treibhausgaskonzentrationen die Temperaturen in der unteren Atmosphäre erhöhen, während die Temperaturen in der höheren Atmosphäre (Mesosphäre) sinken.

„Diese SOFIA-Messungen des atomaren Sauerstoffs spielen eine wichtige Rolle bei der Abschätzung der Temperaturen im oberen Teil der Atmosphäre und können die Theorien bestätigen, die beschreiben, wie die Sonnenenergie zwischen der Erdoberfläche und dem Weltraum ausgetauscht wird“, betont Roy.

Mit SOFIA Rätsel im interstellaren Medium entschlüsseln

GREAT wird aber auch südliche Ziele für zwei große Projekte – die sogenannten Legacy Projects – ins Visier nehmen, die schon während des SOFIA-Aufenthaltes in Köln/Bonn mitbeobachtet wurden: „HyGAL“ und „FEEDBACK“. „HyGAL“ untersucht, wie die chemischen Reaktionen im sogenannten interstellaren Medium von den durch die Galaxie strömenden, hochenergetischen Teilchen – auch bekannt als kosmische Strahlung – beeinflusst werden. „FEEDBACK“ wird Regionen mit einer Vielzahl von massiven Sternengeburten untersuchen. Die Forscher wollen dabei herausfinden, welchen Einfluss Sternentstehungsaktivitäten auf die Entstehung anderer Sterne in diesem Gebiet haben, also ob sie den Prozess der Sternenbildung eher unterstützen oder behindern. „Diese Beobachtungen von SOFIA werden den Astronomen neue Erkenntnisse bringen, warum der Sternentstehungsprozess so ineffizient ist. Wir sehen viel weniger Sterne, als eigentlich da sein sollten. Das wirft die Frage auf, ob wir den Mechanismus der Sternentstehung vollständig verstanden haben“, sagt Roy.

Nach den 20 geplanten Flügen mit GREAT werden die Ingenieure und Techniker der Sternwarte den Empfänger austauschen und HAWC+ nutzen, um unter anderem das Legacy-Projekt „SIMPLIFI“ (Study of Interstellar Magnetic Polarization: a Legacy Investigation of Filaments) zu beginnen.

Dabei werden sie das SOFIA-Teleskop auf ganz spezielle kosmische Strukturen richten. Die sogenannten Filamente sind lange und dünne Gasformationen, in denen die meisten Sterne entstehen. Dank des Legacy-Programms werden die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Rolle von Magnetfeldern in Sternentstehungsgebieten gewonnen haben. Während dieser zwölf Flüge mit HAWC+ wird das Observatorium auch das galaktische Zentrum beobachten, um die Rolle der Magnetfelder in den Regionen zu verstehen, die dem zentralen supermassiven schwarzen Loch am nächsten sind.

SOFIA

SOFIA ist ein weltweit einzigartiges, fliegendes Observatorium, das den Weltraum im Infrarotbereich untersucht. So erforscht die Sternwarte etwa, wie sich Milchstraßensysteme entwickeln oder wie Sterne und Planetensysteme aus interstellaren Molekül- und Staubwolken entstanden sind. Möglich wird dies durch ein 17 Tonnen schweres, in Deutschland entwickeltes und gefertigtes Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 2,7 Metern. SOFIA verfügt über sechs verschiedene wissenschaftliche Instrumente, von denen drei aus Deutschland stammen – zwei Instrumente für das Fern-Infrarot und ein optisches Instrument.

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie ist ein Gemeinschaftsprojekt der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird von der Deutschen Raumfahrtagentur mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR. 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).

GREAT

GREAT, der „German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“, ist ein Empfänger für spektroskopische Ferninfrarot-Beobachtungen in einem Frequenzbereich von 1,25 bis 5 Terahertz (60 bis 240 Mikrometer Wellenlänge), der von bodengebundenen Observatorien aufgrund der mangelnden atmosphärischen Transparenz nicht zugänglich ist. Dieser Empfänger kommt als Instrument der ersten Generation am Flugzeug-Observatorium SOFIA zum Einsatz. GREAT wurde vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und dem I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Optische Sensoren in Berlin entwickelt und gebaut. Die Entwicklung des Instruments wurde finanziert mit Mitteln der beteiligten Institute, der Max-Planck-Gesellschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

Der Beitrag SOFIA: Tahiti statt Neuseeland erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Stuttgart.

Am Südhimmel, etwa 4.300 Lichtjahre von der Erde entfernt, liegt RCW 120, eine riesige leuchtende Wolke aus Gas und Staub um einen jungen massereichen Stern. Ein internationales Team, das von Forschern der Universität Köln und der West Virginia University (USA) geleitet wurde, konnte das Alter von RCW 120 auf weniger als 150.000 Jahre eingrenzen, was sehr jung für einen solchen Nebel ist. Die Untersuchungen ergaben, dass die stellare Rückkopplung – ein Prozess, bei dem Sterne Energie zurück in ihre Umgebung abgeben – die Sternbildung in der Umgebung positiv beeinflusst. Diese Erkenntnisse können Aufschluss über die hohe Sternentstehungsrate im frühen Stadium unseres Universums geben. Die Ergebnisse dieser Studie sind in der April-Ausgabe der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Um die Auswirkungen der stellaren Rückkopplung zu analysieren, beobachtete das Forschungsteam um Matteo Luisi von der West Virginia University in Morgantown, USA den Nebel mit SOFIA, dem Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie, das vom DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) und der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betrieben wird. RCW 120 ist ein sogenannter Emissionsnebel, der Licht in verschiedenen Wellenlängen abstrahlt. Etwa 7 Lichtjahre vom Zentrum von RCW 120 entfernt liegt der Rand der Wolke, wo sich eine Fülle von Sternen bildet. Um zu verstehen, wie all diese Sterne entstehen, müssen Astronomen und Astronominnen mit Hilfe von Infrarotbeobachtungen tief in den Ursprung des Nebels eindringen. Der Stern im Zentrum von RCW 120 erzeugt starke Sternwinde, die denen unserer eigenen Sonne ähneln und Materie von der Sternoberfläche ins All schleudern. Trifft dieser Sternwind auf das umgebende Gas, wird es komprimiert und es entsteht eine energiegeladene Stoßfront, in der dann weitere Sterne entstehen. Die Anwesenheit des massereichen Zentralsterns wirkt sich also positiv auf die zukünftige Sternentstehung in seiner Umgebung aus.

Diese Beobachtungen zur Untersuchung der Wechselwirkungen massereicher Sterne mit ihrer Umgebung werden im Rahmen des SOFIA-Programmes FEEDBACK durchgeführt, einem internationalen Projekt unter der Leitung von Nicola Schneider von der Universität zu Köln und Alexander ‚Xander‘ Tielens von der University of Maryland. Dabei kommt upGREAT, die weiterentwickelte Version des German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und der Universität zu Köln, zum Einsatz.

„Wir haben mit unseren Beobachtungen herausgefunden, dass RCW 120 mit 15 km/s expandiert, was für einen Nebel unglaublich schnell ist“, so Nicola Schneider. „Aus dieser Expansionsgeschwindigkeit konnten wir eine Altersgrenze für die Wolke ableiten und fanden heraus, dass RCW 120 viel jünger ist als bisher angenommen“. Mit dieser Altersschätzung konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wiederum auf die Zeit schließen, die die Sternentstehung am Rande des Nebels benötigte, um nach der Entstehung des Zentralsterns in Gang zu kommen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass positive Rückkopplungsprozesse auf sehr kurzen Zeitskalen auftreten, und dass diese Mechanismen für die hohen Sternentstehungsraten verantwortlich sein könnten, die in der Frühphase des Universums auftraten.

Für die Zukunft hofft das Team, diese Art der Analyse auf die Untersuchung weiterer Sternentstehungsgebiete auszuweiten. „Die anderen Regionen, die wir mit FEEDBACK untersuchen, befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien, haben verschiedene Morphologie und einige haben viele massereiche Sterne in ihrem Zentrum, im Gegensatz zu RCW 120 mit nur einem Stern.“, so Schneider. Mit diesen Informationen kann das FEEDBACK-Team feststellen, welche Prozesse die ausgelöste Sternentstehung hauptsächlich antreiben und wie sich diese Prozesse zwischen den verschiedenen Sternentstehungsgebieten unterscheiden.

„Dieses Programm ist eine Langzeitstudie, die sich über mehrere Jahre erstreckt, und mit dem das SOFIA Team den kommenden Generationen von Astronominnen und Astronomen möglichst umfangreiche und vollständige Datensätze zur Verfügung stellen möchte, die auch weit über SOFIAs eigentliche Betriebszeit hinaus unter verschiedensten Blickwinkeln analysiert werden können und damit weitere spektakuläre Erkenntnisse im Bereich der Sternentstehung möglich machen werden.“, so Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director vom Deutschen SOFIA Institut, das an der Universität Stuttgart SOFIAs Betrieb auf deutscher Seite koordiniert.

Originalveröffentlichung:
Stellar feedback and triggered star formation in the prototypical bubble RCW 120, M. Luisi et al.,Science Advances, 09 Apr 2021

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Die fliegende Sternwarte SOFIA (das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie) hat eine Reihe von Beobachtungsflügen vom Flughafen Köln/Bonn aus erfolgreich abgeschlossen. Mit an Bord waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Uni Köln und des MPI für Radioastronomie in Bonn, die weitere Erkenntnisse zur Entstehung von neuen Sternen gewinnen konnten.

SOFIA ist eine Boeing 747SP mit einem Teleskop von 2,70 m Durchmesser an Bord, gebaut für astronomische Beobachtungen vom Infrarot- bis zum Submillimeter-Wellenlängenbereich. Vom 4. Februar bis zum 16. März 2021 war das Flugzeug am Flughafen Köln/Bonn stationiert. Üblicherweise fliegt es von seinem Standort in Palmdale/Kalifornien aus zu den Beobachtungsflügen. SOFIA wurde für einen Zeitraum von drei Monaten bei der Lufthansa-Technik in Hamburg gewartet. Da die Corona-Pandemie derzeit Besuche von deutschen Wissenschaftlern in den USA unmöglich macht, wurde vor der Rückkehr nach Kalifornien eine Wissenschaftskampagne am Nachthimmel über Europa vom Flughafen Köln/Bonn aus durchgeführt, die jetzt erfolgreich abgeschlossen wurde.

Die fliegende Sternwarte ist ein gemeinsames Projekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Flughöhe von SOFIA liegt oberhalb von 13 Kilometern. Damit fliegt die Boeing über dem Großteil des Wasserdampfes der Erdatmosphäre, der ansonsten das Infrarotlicht auf geringeren Höhen abblockt. So können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Wellenlängenbereich beobachten, der von der Erde aus nicht zugänglich ist. Bei diesen SOFIA-Flügen wurde der hochauflösende Empfänger für Ferninfrarot-Spektroskopie GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) eingesetzt, der vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und dem I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln unter Beteiligung des DLR-Instituts für optische Sensorsysteme (Berlin) entwickelt wurde.

Wissenschaftler nutzen das GREAT-Instrument, ein spektral-höchstauflösendes, abbildendes Spektrometer, um von ausgedehnten Himmelsregionen mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung eine Art von chemischem Fingerabdruck zu erstellen. Das GREAT-Team führt dabei Messungen nicht nur für eigene Forschungsprojekte durch, sondern misst auch Daten im Auftrag anderer Wissenschaftler.

Zentraler Teil der Kölner Kampagne waren Beobachtungen im Rahmen des „SOFIA Legacy“-Programms FEEDBACK unter der Leitung von Dr. Nicola Schneider vom I. Physikalischen Institut der Universität Köln sowie Professor Alexander Tielens von der University of Maryland. An dem FEEDBACK-Programm sind auch eine Reihe von Wissenschaftler des Bonner MPIfR beteiligt. Ziel des Programms ist es, systematisch massereiche Sternentstehungsgebiete in unserer Milchstraße zu beobachten. „Erste Ergebnisse von FEEDBACK und anderen kürzlichen SOFIA-Projekten haben neue Entdeckungen ergeben. Dazu gehört, dass man Blasen von sich ausdehnendem Gas, die durch Sternwinde hervorgerufen werden, sehr gut in der CII-Spektrallinie sehen kann. Diese Expansion bewirkt weitere Sternentstehung“, erläutert Dr. Schneider. Zudem kann die Rate, mit der neue Sterne in der Milchstraße entstehen, ebenfalls durch die Beobachtung von ionisiertem Kohlenstoff (CII) bestimmt werden und liefert damit Erkenntnisse über die Entwicklung unserer Galaxie.

Hintergrundinformation:
SOFIA, das „Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie“ ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR. 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).

GREAT: Der “German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies” ist ein hochauflösendes Spektrometer für astronomische Beobachtungen bei fern-infraroten Wellenlängen zwischen 0,06 und 0,6 mm. Damit operiert GREAT in einem Spektralbereich, der wegen der Absorption der Erdatmosphäre von bodengebundenen Observatorien aus nicht zugänglich ist. Der modulare Aufbau des Instruments ermöglicht den kurzfristigen Einbau neuartiger Technologie. GREAT ist eine gemeinsame Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn und KOSMA/Universität zu Köln, in Kooperation mit dem DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin. Die Entwicklung von GREAT wurde von den beteiligten Instituten finanziert, unter Beteiligung des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) und dem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereich 956.

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