Quelle: ESON 15. Juni 2022.

15. Juni 2022 – Astronom*innen haben anhand von neuen Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) komplizierte Details der Sternentstehungsregion 30 Doradus, sichtbar gemacht, die auch unter dem Namen Tarantelnebel bekannt ist. Auf einem hochauflösenden Bild, das heute von der Europäischen Südsternwarte (ESO) veröffentlicht wurde und ALMA-Daten enthält, sehen wir den Nebel in einem neuen Licht: Hauchdünne Gaswolken geben Aufschluss darüber, wie massereiche Sterne diese Region beeinflussen.

„Diese Fragmente könnten die Überreste von einst größeren Wolken sein, die durch die enorme Energie zerfetzt wurden, die von jungen und massereichen Sternen freigesetzt wird – ein Prozess, der als Rückkopplung bezeichnet wird“, erläutert Tony Wong, der die Studie zu 30 Doradus leitete, die heute auf der Tagung der American Astronomical Society (AAS) vorgestellt und im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde. Ursprünglich dachten die Astronom*innen, das Gas in diesen Gebieten sei zu dünn und zu sehr von dieser turbulenten Rückkopplung beeinträchtigt, als dass die Schwerkraft es zusammenziehen könnte, um neue Sterne zu bilden. Die neuen Daten zeigen jedoch auch viel dichtere Filamente, in denen die Schwerkraft noch eine wichtige Rolle spielt. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Schwerkraft selbst bei sehr starker Rückkopplung einen starken Einfluss ausüben und zu einer Fortsetzung der Sternentstehung führen kann“, fügt Wong hinzu, der Professor an der University of Illinois in Urbana-Champaign in den USA ist.

Der Tarantelnebel befindet sich in der Großen Magellanschen Wolke, einer Begleitgalaxie unserer eigenen Milchstraße, und ist eine der hellsten und aktivsten Sternentstehungsregionen in unserer galaktischen Nachbarschaft, etwa 170.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. In seinem Zentrum befinden sich einige der massereichsten Sterne überhaupt. Einige haben mehr als das 150-fache der Masse unserer Sonne, was die Region zu einem idealen Ort macht, um zu untersuchen, wie Gaswolken unter der Schwerkraft kollabieren und neue Sterne bilden.

„Was 30 Doradus so einzigartig macht, ist die Tatsache, dass die Region nah genug ist, um im Detail zu untersuchen, wie Sterne entstehen, und dass ihre Eigenschaften denen ähneln, die man in sehr weit entfernten Galaxien findet, als das Universum noch jung war“, erklärt Guido De Marchi, Wissenschaftler bei der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und Mitautor der Studie, in der die neuen Forschungsergebnisse vorgestellt werden. „Dank 30 Doradus können wir untersuchen, wie Sterne vor 10 Milliarden Jahren entstanden sind, als die meisten Sterne geboren wurden.“

Während sich die meisten bisherigen Untersuchungen des Tarantelnebels auf sein Zentrum konzentrierten, wissen Astronom*innen seit langem, dass auch anderswo starke Sternentstehung stattfindet. Um diesen Prozess besser zu verstehen, führte das Team hochauflösende Beobachtungen durch, die eine große Region des Nebels abdecken. Mithilfe von ALMA maßen sie die Lichtemission von Kohlenmonoxidgas. Auf diese Weise konnten sie die großen, kalten Gaswolken im Nebel kartieren, die kollabieren und neue Sterne entstehen lassen – und wie sie sich verändern, wenn diese jungen Sterne riesige Mengen an Energie freisetzen.

„Wir hatten erwartet, dass die Teile der Wolke, die den jungen massereichen Sternen am nächsten sind, die deutlichsten Anzeichen dafür zeigen würden, dass die Schwerkraft durch die Rückkopplung überwältigt wird“, ergänzt Wong. „Stattdessen haben wir herausgefunden, dass die Schwerkraft in diesen rückkopplungsexponierten Regionen immer noch wichtig ist – zumindest für Teile der Wolke, die ausreichend dicht sind.“

In dem heute von der ESO veröffentlichten Bild werden die neuen ALMA-Daten mit einem früheren Infrarotbild derselben Region überlagert, das helle Sterne und leicht rosafarbene Wolken aus heißem Gas zeigt, die mit dem Very Large Telescope (VLT) und dem Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA) der ESO aufgenommen wurden. Die Kompositaufnahme zeigt die ausgeprägte, netzartige Form der Gaswolken des Tarantelnebels, die ihm seinen spinnenartigen Namen gab. Die neuen ALMA-Daten sind dabei als die hellen rot-gelben Streifen im Bild dargestellt: sehr kaltes und dichtes Gas, das eines Tages kollabieren und Sterne bilden könnte.

Die neuen Forschungsergebnisse enthalten detaillierte Hinweise darauf, wie sich die Schwerkraft in den Sternentstehungsgebieten des Tarantelnebels verhält, aber die Arbeit ist noch lange nicht abgeschlossen. „Es gibt noch viel mehr mit diesem fantastischen Datensatz zu tun, und wir veröffentlichen ihn, um andere Forscher*innen zu neuen Untersuchungen zu ermutigen“, sagt Wong abschließend.

Weitere Informationen
Die hier dargestellten Forschungsergebnisse werden auf dem 240. Meeting der American Astronomical Society (AAS) im Rahmen der Pressekonferenz „Stars, Their Environments & Their Planets” (Mittwoch, 15. Juni, 19:15 CEST / 10:15 PT) präsentiert. Medienvertreter*innen sind herzlich eingeladen den Livestream der Pressekonferenz zu verfolgen, der über den YouTube-Kanal des AAS Press Office öffentlich zugänglich ist: https://www.youtube.com/c/AASPressOffice.

Die beteiligten Wissenschaftler*innen sind T. Wong (Astronomy Department, University of Illinois, USA), L. Oudshoorn (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden, Niederlande), E. Sofovich (Illinois), A. Green (Illinois), C. Shah (Illinois), R. Indebetouw (Department of Astronomy, University of Virginia, USA und National Radio Astronomy Observatory, USA), M. Meixner (SOFIA-USRA, NASA Ames Research Center, USA), A. Hacar (Department of Astrophysics, Universität Wien, Österreich), O. Nayak (Space Telescope Science Institute, USA), K. Tokuda (Department of Earth and Planetary Sciences, Faculty of Sciences, Kyushu University, Japan und National Astronomical Observatory of Japan, National Institutes of Natural Sciences, Japan und Department of Physics, Graduate School of Science, Osaka Metropolitan University, Japan), A. D. Bolatto (Department of Astronomy and Joint Space Science Institute, University of Maryland, USA und NRAO Visiting Astronomer), M. Chevance (Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg), G. De Marchi (European Space Research and Technology Centre, Niederlande), Y. Fukui (Department of Physics, Nagoya University, Japan), A. S. Hirschauer (STSci), K. E. Jameson (CSIRO, Space and Astronomy, Australien), V. Kalari (International Gemini Observatory, NSF’s NOIRLab, Chile), V. Lebouteiller (AIM, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, Université Paris Diderot, Frankreich), L. W. Looney (Illinois), S. C. Madden (Departement d’Astrophysique AIM/CEA Saclay, Frankreich), Toshikazu Onishi (Osaka), J. Roman-Duval (STSci), M. Rubio (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile) und A. G. G. M. Tielens (Department of Astronomy, University of Maryland, USA und Leiden).

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronom*innen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken. Außerdem fördern wir die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedsländern (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt. Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie zwei Durchmusterungsteleskope, VISTA, das im Infraroten arbeitet, und das VLT Survey Telescope für sichtbares Licht. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Über ALMA
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von der ESO, der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) der USA und den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Republik Chile betrieben wird. Getragen wird ALMA von der ESO im Namen ihrer Mitgliedsländer, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC), dem Ministry of Science and Technology (MOST) und NINS in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan sowie dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

Über das ESON
Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Fachartikel
https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2209/eso2209a.pdf

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• ESO
• ESO-Projekt *ALMA*

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie.

20. Dezember 2021 – Eine Gruppe von Astronominnen und Astronomen, angeführt von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA), haben in der Milchstraße mit rund 3.900 Lichtjahren eine der längsten bekannten Strukturen identifiziert, die fast ausschließlich aus atomarem Wasserstoffgas besteht. Dieses Filament, genannt „Maggie“, könnte ein Bindeglied in dem Materiekreislauf der Sterne darstellen. Die Auswertung der Messdaten deutet darauf hin, dass sich in dem Gebilde lokal das atomare Gas zu molekularem Wasserstoff verbindet. In großen Wolken verdichtet, ist dies das Material, aus dem sich letztendlich Sterne bilden.

Wasserstoff ist im Universum die am weitesten verbreitete Substanz und die Hauptzutat bei der Entstehung von Sternen. Leider sind einzelne Wolken aus Wasserstoffgas besonders schwierig nachzuweisen, was die Erforschung der Frühphasen der Sternentstehung erschwert. Umso sensationeller ist die aktuelle Entdeckung einer überraschend langen Struktur, einem Filament, aus atomarem Wasserstoffgas durch eine internationale Forschungsgruppe, die von Astronominnen und Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg geleitet wird.

„Dazu beigetragen hat die Lage dieses Filaments“, sagt Jonas Syed, Doktorand am MPIA und Erstautor des heute im Fachjournal Astronomy & Astrophysics erschienenen Artikels. „Wir wissen zwar noch nicht genau, wie es dorthin gelangt ist. Aber das Filament verläuft etwa 1.600 Lichtjahre unterhalb der Milchstraßenebene.“ Dadurch hebt sich die Strahlung des Wasserstoffs, die bei einer Wellenlänge von 21 Zentimetern liegt, deutlich vor dem Hintergrund ab und macht das Filament sichtbar.

„Die Beobachtungen ermöglichten zudem, die Geschwindigkeit des Wasserstoffgases zu ermitteln“, erklärt Henrik Beuther, Co-Autor der Studie und Leiter des Beobachtungsprogramms THOR (The HI/OH/Recombination line survey of the Milky Way) am MPIA, auf dem die Daten beruhen. „So konnten wir zeigen, dass sich die Geschwindigkeiten entlang des Filaments kaum unterscheiden.“ Daher, so folgern die Forschenden, handelt es sich tatsächlich um eine zusammenhängende Struktur.

Ihre mittlere Geschwindigkeit wird maßgeblich durch die Rotation der Milchstraßenscheibe bestimmt. „Mit dieser Information und einer neuen Datenauswertungsmethode konnten wir die Größe und Entfernung des Filaments bestimmen“, erzählt Sümeyye Suri, Co-Autorin und frühere MPIA-Astronomin, die nun an der Universität Wien forscht. „Es ist etwa 3.900 Lichtjahre lang und 130 Lichtjahre breit.“ Mit einer Entfernung von rund 55.000 Lichtjahren befindet es sich auf der anderen Seite der Milchstraße. Dem gegenüber sind die größten bekannten Wolken aus molekularem Gas typischerweise „nur“ etwa 800 Lichtjahre groß.

Wasserstoff tritt im Universum in verschiedenen Zuständen auf. Man findet es in Form von Atomen und in Molekülen, in denen je zwei Atome miteinander verbunden sind. Nur das molekulare Gas bildet relativ dichte Wolken, in denen sich sehr kalte Bereiche ausprägen wo schließlich neue Sterne entstehen. Wie aber der Übergang von atomarem zu molekularem Wasserstoff genau passiert, ist noch weitgehend unbekannt. Umso spannender ist die Gelegenheit, nun dieses außergewöhnlich lange Filament studieren zu können.

Einen ersten Hinweis auf dieses Objekt fand Co-Autor Juan D. Soler bereits vor einem Jahr. Er taufte das Filament auf den Namen „Maggie“ nach dem längsten Fluss seines Heimatlandes Kolumbien, genannt Río Magdalena. „Maggie war zwar schon in früheren Auswertungen der Daten erkennbar. Aber erst die aktuelle Untersuchung beweist zweifellos, dass es sich um eine zusammenhängende Struktur handelt“, erläutert Soler, der kürzlich vom MPIA zum Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Rom wechselte.

Bei näherer Betrachtung stellte das Team fest, dass das Gas an einigen Stellen entlang des Filaments aufeinander zuläuft. Die Forschenden schließen daraus, dass sich das Wasserstoffgas dort zu großen Wolken anhäuft und verdichtet. Sie vermuten zudem, dass das atomare Gas dort allmählich in eine molekulare Form übergeht.

In bereits publizierten Daten fanden sie tatsächlich Anzeichen dafür, dass Maggie einen Massenanteil von etwa 8 % molekularem Wasserstoff enthält. Womöglich sehen wir hier eine Region in der Milchstraße, in der sich das unmittelbare Rohmaterial für neue Sterne bildet. Hier könnten also in einer fernen Zukunft neue Sterne entstehen. „Allerdings bleiben noch viele Fragen offen“, gibt Syed zu bedenken. „Weitere Daten, über die wir uns mehr Hinweise über den Anteil des molekularen Gases erhoffen, warten bereits auf die Auswertung.“

Zusätzliche Informationen
Das Team besteht aus Jonas Syed (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland [MPIA]), Juan D. Soler (MPIA; Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Istituto Nazionale di Astrofisica, Rom, Italien), Henrik Beuther (MPIA), Yuan Wang (MPIA), Sümeyye Suri (MPIA; Astrophysikalisches Institut, Universität Wien, Österreich), Jonathan D. Henshaw (MPIA), Manuel Riener (MPIA), Shmuel Bialy (Harvard Smithsonian Center, Cambridge, USA), Sara Rezaei Khoshbakht (MPIA; Chalmers tekniska högskola, Göteborg, Schweden), Jeroen M. Stil (Department of Physics and Astronomy, The University of Calgary, Kanada), Paul F. Goldsmith (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA), Michael R. Rugel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Deutschland), Simon C. O. Glover (Zentrum für Astronomie, Institut für Theoretische Astrophysik, Universität Heidelberg, Deutschland [ZAH/ITA]), Ralf S. Klessen (ZAH/ITA; Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen, Universität Heidelberg, Deutschland), Jürgen Kerp (Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Deutschland), James S. Urquhart (Centre for Astrophysics and Planetary Science, University of Kent, Großbritannien), Jürgen Ott (National Radio Astronomy Observatory, Socorro, USA), Nirupam Roy (Department of Physics, Indian Institute of Science, Begaluru, Indien), Nicola Schneider (I. Phyikalisches Institut, Universität zu Köln, Deutschland), Rowan J. Smith (Jodrell Bank Centre for Astrophysics, University of Manchester, Großbritannien), Steven N. Longmore (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Großbritannien), Hendrik Linz (MPIA).

Originalveröffentlichung
J. Syed, J. D. Soler, H. Beuther, et al: The “Maggie” filament: Physical properties of a giant atomic cloud, Astronomy & Astrophysics (2021).
arXiv: The “Maggie” filament: Physical properties of a giant atomic cloud (PDF)
DOR: The “Maggie” filament: Physical properties of a giant atomic cloud

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• Die Milchstraße

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Quelle: der Universität Hamburg.

18. Oktober 2021 – Die neue Studie konzentriert sich auf das System Nest200047 – eine Gruppe von etwa 20 Galaxien in rund 200 Millionen Lichtjahren Entfernung und wurde in der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ veröffentlicht.

Die zentrale Galaxie des Systems Nest200047 beherbergt ein aktives Schwarzes Loch, um das herum die Forscherinnen und Forscher Gasblasen, einige unbekannte Filamente von relativistischen Teilchen und Magnetfeldern in einer Größe von Hunderttausenden von Lichtjahren beobachteten.

Diese Beobachtungen waren dank LOFAR (LOw Frequency ARray), dem größten Niederfrequenz-Radioteleskop der Welt, möglich. LOFAR kann Radiowellen auffangen, die von den sehr schnellen elektrisch geladenen Teilchen erzeugt werden. Dieses hochmoderne Instrument ist das Ergebnis großer wissenschaftlicher Anstrengungen von neun europäischen Ländern und ermöglichte es den Forschenden, in die Zeit vor mehr als 100 Millionen Jahren zurückzugehen und die Aktivität des Schwarzen Lochs im Zentrum von Nest200047 nachzuvollziehen.

„Unsere Untersuchung zeigt, wie sich diese durch das Schwarze Loch beschleunigten Gasblasen ausdehnen und im Laufe der Zeit verändern. Dabei entstehen spektakuläre pilzförmige Strukturen, Ringe und Filamente, die denen eines gewaltigen Vulkanausbruchs auf der Erde ähneln“, erklärt Marcus Brüggen vom Exzellenzcluster Quantum Universe der Universität Hamburg sowie Physikprofessor an der Hamburger Sternwarte als einer der Mitautoren dieser Arbeit.

Im Kern jeder Galaxie befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch mit einer Masse von mehreren Millionen Sonnenmassen. Die Aktivität eines solchen Schwarzen Lochs hat einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung der Galaxie und der intergalaktischen Umgebung, in der sie sich befindet. Seit Jahren versuchen Forscherinnen und Forscher herauszufinden, auf welche Art und Weise und in welchem Tempo die Aktivität dieser schwarzen Löcher diese Aktivitäten hervorruft.

Wenn Schwarze Löcher aktiv sind, ziehen sie Umgebungsgas an und setzen dabei enorme Mengen an Energie frei. Manchmal erfolgt die Energiefreisetzung in Form von Teilchenströmen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und Radiowellen erzeugen. Diese Ströme wiederum erzeugen Blasen, die langsam aufsteigen und das sie umgebende intergalaktische Medium aufheizen. Dies hat einen immensen Einfluss auf die Entwicklung des intergalaktischen Mediums und folglich auch auf die weitere Entwicklung der Galaxie, zum Beispiel ob sie weiter anwächst.
„Die Studie zeigt, dass sich der Einfluss aktiver Schwarzer Löcher auf Skalen bewegt, die bis zu hundert Mal größer sind als die umgebende Galaxie selbst, und dass ein solcher Einfluss bis zu Hunderte von Millionen Jahren andauert“, erläutert Franceso de Gasperin vom Exzellenzcluster Quantum Universe der Universität Hamburg und Physikprofessor an der Hamburger Sternwarte sowie Mitautor der Studie.

Für ihre Arbeit nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch Beobachtungen von eROSITA, dem neuen Röntgenteleskop an Bord des russisch-deutschen Weltraumobservatoriums „Spectrum-Roentgen-Gamma“ (SRG), an dem die Universität Hamburg maßgeblich beteiligt ist.
Diese Beobachtungen brachten weitere unerwartete Entdeckungen mit sich: dünne Gasfilamente, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und eine Million Lichtjahre große Magnetfelder.

Originalpublikation:
M. Brienza, T. W. Shimwell, F. de Gasperin, I. Bikmaev, A. Bonafede, A. Botteon, M. Brüggen, G. Brunetti, R. Burenin , A. Capetti , E.Churazov, M. J. Hardcastle, I. Khabibullin, N. Lyskova, H. J. A. Röttgering, R. Sunyaev, R. J. van Weeren, F. Gastaldello, S. Mandal, S. Purser, A. Simionescu, and C. Tasse, A snapshot of the oldest active galactic nuclei feedback phases, Nature Astronomy (2021).
https://www.nature.com/articles/s41550-021-01491-0

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• Radioteleskop LOFAR

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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

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Quelle: AIP.

Eine Rotation in dieser Größenordnung wurde bisher noch nie beobachtet. Die in Nature Astronomy veröffentlichten Ergebnisse deuten an, dass Drehimpulse auf noch nie dagewesenen Skalen erzeugt werden können.

Kosmische Filamente sind riesige Brücken aus Galaxien und Dunkler Materie, die Galaxienhaufen miteinander verbinden. Sie leiten Galaxien zu und in große Galaxienhaufen, die sich an ihren Enden befinden. „Indem wir die Bewegung von Galaxien in diesen riesigen kosmischen Autobahnen mit Hilfe des Sloan Digital Sky Survey – einer Himmelsdurchmusterung zur Vermessung von Hunderttausenden von Galaxien – untersuchten, fanden wir eine bemerkenswerte Eigenschaft dieser Filamente: Sie drehen sich“, sagt Peng Wang, Erstautor der jetzt veröffentlichten Studie und Astronom am AIP. „Obwohl es sich um dünne Zylinder – ähnlich der Form eines Bleistifts – handelt, die Hunderte von Millionen Lichtjahren lang sind, aber nur wenige Millionen Lichtjahre im Durchmesser, drehen sich diese fantastischen Materieströme“, ergänzt Noam Libeskind, Initiator des Projekts am AIP. „Auf diesen Skalen wirken die Galaxien in ihnen wie Staubkörnchen. Sie bewegen sich auf helix- oder korkenzieherartigen Bahnen, rotieren um die Achse des Filaments, während sie sich in ihm in Längsrichtung bewegen. Eine solche Drehung wurde noch nie zuvor auf solch enormen Skalen beobachtet und impliziert, dass es einen noch unbekannten dafür verantwortlichen physikalischen Mechanismus gibt.“

Wie der für die Rotation verantwortliche Drehimpuls entsteht, ist eines der ungelösten Schlüsselprobleme der Kosmologie. Im Standardmodell der Strukturbildung im Universum wachsen kleine „Überdichten“, die im frühen Universum vorhanden sind, durch gravitative Instabilität, da Materie von unter- zu überdichten Regionen fließt. In der Theorie ist eine solche Strömung drehungs- oder wirbelfrei: Da es keine ursprüngliche Rotation im frühen Universum gibt, muss diese bei der Bildung von Strukturen erzeugt werden. Das kosmische Netz im Allgemeinen und Filamente im Besonderen sind eng mit der Entstehung und Entwicklung von Galaxien verbunden. Sie haben zudem einen starken Einfluss auf den Spin, die Eigenrotation, von Galaxien und regulieren oft die Richtung, in der Galaxien und ihre Halos aus Dunkler Materie rotieren. Es ist jedoch nicht bekannt, ob nach dem derzeitigen Modell der Strukturbildung die Filamente selbst, als nicht kollabierte quasi-lineare Objekte, sich drehen.

„Angeregt durch die Vermutung des Theoretikers Dr. Mark Neyrinck, dass Filamente sich drehen könnten, untersuchten wir die beobachtete Galaxienverteilung im Hinblick auf Filamentrotation“, sagt Noam Libeskind. „Es ist fantastisch, die Bestätigung dafür zu sehen, dass intergalaktische Filamente sowohl im realen Universum als auch in Computersimulationen rotieren.“ Mit Hilfe einer ausgeklügelten Kartierungsmethode segmentierten sie die beobachtete Galaxienverteilung in ihre zugrunde liegende Filamentstruktur und betrachteten jedes Filament näherungsweise als einen langgestreckten Zylinder. Die Galaxien darin unterteilten sie in zwei Bereiche entlang der Achse des Filaments und ermittelten sorgfältig die mittlere Rotverschiebungsdifferenz zwischen den beiden Regionen. Die mittlere Rotverschiebungsdifferenz gibt Aufschluss über die Geschwindigkeitsdifferenz (die Dopplerverschiebung) zwischen den Galaxien auf der sich von uns weg rotierenden und der in unsere Richtung rotierenden Seite der Röhre des Filaments. Somit ist die Bestimmung der Rotation des Filaments möglich. Die Studie impliziert, dass Filamente im Universum je nach Beobachtungswinkel und der Masse der sich an ihren Endpunkten befindlichen Galaxienhaufen ein deutliches Signal zeigen, das auf eine Rotationsbewegung schließen lässt.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Originalveröffentlichung
Possible observational evidence for cosmic filament spin
Possible observational evidence that cosmic filaments spin
DOI: Possible observational evidence for cosmic filament spin

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• Kosmologie

Der Beitrag Entdeckung der größten Rotationsbewegung im Universum erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP).

Die großräumige Verteilung der Materie im Universum bildet eine Art „Netzwerk“ von fadenförmigen Strukturen und Knotenpunkten, innerhalb derer die Galaxien entstehen – dies ist eine der wichtigsten Erkenntnisse der Modelle zur kosmischen Strukturbildung. Auch das Gas zwischen den Galaxien sollte sich entlang dieses Netzwerks ausrichten, was jedoch extrem schwierig zu beobachten ist. Vor vierzig Jahren sagten wissenschaftliche Erkenntnisse voraus, dass das Wasserstoffgas des kosmischen Netzwerks ganz schwach aus sich heraus leuchten sollte. Das erwartete Signal ist so lichtschwach, dass es erst seit kurzem beobachtet werden kann ­– den entscheidenden Durchbruch lieferte das neue Instrument „Multi Unit Spectroscopic Explorer“ (MUSE) am Großteleskop der Europäischen Südsternwarte in Chile. Bruchstücke des kosmischen Netzes waren damit bisher nur in der Nähe von hellen Quasaren zu sehen, deren intensive Strahlung das Lichtsignal des Gases erheblich verstärkt. Allerdings liegen helle Quasare in sehr dichten und seltenen Regionen, den Knotenpunkten des kosmischen Netzes, die überhaupt nicht repräsentativ für die Umgebung normaler Galaxien sind. Leuchtendes Gas aus den eigentlichen kosmischen Filamenten konnte bisher nicht beobachtet werden.

Ein internationales Team unter der Leitung von Roland Bacon (CNRS, CRAL), dem auch mehrere Forscherinnen und Forscher des AIP angehören, hat nun auch diese Hürde gemeistert. Sie nutzten MUSE mit zusätzlicher Bildverbesserung durch die sogenannte „Adaptive Optik“ für eine 140-stündige Belichtung konzentriert auf einen einzigen Fleck des bekannten „Hubble Ultra Deep Field“. Dr. Peter Weilbacher, Mitglied des Teams und verantwortlich für die MUSE-Datenreduktionssoftware, beschreibt dies als „die tiefste spektrale Beobachtung, die jemals durchgeführt wurde, unter Verwendung des fortschrittlichsten spektroskopischen Instruments der Welt“.

Allein in diesem kleinen Feld wurden über 2000 Galaxien gefunden, von denen die allermeisten vorher aus klassischen Galaxiendurchmusterungen nicht bekannt waren. Vierzig Prozent der neu entdeckten Galaxien sind so lichtschwach, dass sie sogar auf den Bildern des Hubble-Weltraumteleskops völlig unsichtbar sind – und das, obwohl Hubble dieses Feld so tief untersucht hat wie keine andere Region am Himmel.

Die MUSE-Beobachtungen ermöglichten es dem Team, daraus die ersten Karten von kosmischen Netzfilamenten im jungen Universum – weniger als zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall – zu erstellen. Allerdings fanden sie nicht, was sie erwartet hatten. Ein großer Teil des scheinbar diffusen Lichts der Filamente – vielleicht sogar das meiste – stammt von einem „Ozean“ aus ultraschwachen Galaxien, die einzeln nicht zu sehen sind, aber zusammen ein ausgedehntes, diffus wirkendes Leuchten erzeugen. „Das hat uns wirklich überrascht“, betont Prof. Dr. Lutz Wisotzki, Leiter der Abteilung Galaxien und Quasare am AIP, der an der Interpretation der Ergebnisse beteiligt war. „Es sieht so aus, als ob es viel weniger Gas gibt, das den fast leeren Raum zwischen den Galaxien ausfüllt, als wir erwartet hatten.“ Dr. Tanya Urrutia, ebenfalls vom AIP, fügt hinzu: „Andererseits sehen wir jetzt vielleicht zum ersten Mal das kollektive Licht von winzigen Klumpen neu entstandener Sterne im frühen Universum, die sich dann später im Laufe der kosmischen Zeit zu echten Galaxien entwickelt haben.“ Was auch immer der Ursprung der beobachteten filamentartigen Emission ist, diese rekordverdächtige Aufnahme des kosmischen Netzwerks liefert wichtige neue Erkenntnisse über die Entstehung von Galaxien und deren Wechselwirkung mit ihrer Umgebung. Für die kommenden Jahre plant das Team weitere Beobachtungen mit MUSE, um die Geheimnisse des kosmischen Netzwerks weiter zu entschlüsseln.

Originalpublikation
R. Bacon, D. Mary, T. Garel, J. Blaizot, M. Maseda, J. Schaye, L. Wisotzki, S. Conseil, J. Brinchmann, F. Leclercq, V. Abril-Melgarejo, L. Boogard, N. Bouché, T. Contini, A. Feltre, B. Guideroni, C. Herenz, W. Kollatschny et al. (2021):
The MUSE Extremely Deep Field: The cosmic web in emission at high redshift. Astronomy & Astrophysics

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• Galaxien – Entstehung und Entwicklung

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Quelle: AIfA Universität Bonn.

Mehr als die Hälfte der Materie in unserem Universum entzog sich bislang unserem Blick. Astrophysiker hatten allerdings eine Vermutung, wo sie sich aufhalten könnte: In sogenannten Filamenten, unvorstellbar großen fädigen Strukturen aus heißem Gas, die Galaxien und Galaxienhaufen umgeben und miteinander verbinden. Ein Team unter Federführung der Universität Bonn hat nun erstmals einen Gasfaden von 50 Millionen Lichtjahren Länge beobachtet. Sein Aufbau ähnelt frappierend den Vorhersagen von Computersimulationen. Die Beobachtung bestätigt daher auch unsere Vorstellungen von der Entstehung und Entwicklung unseres Universums. Die Ergebnisse erscheinen in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics.

Wir verdanken unsere Existenz einer winzigen Unregelmäßigkeit. Vor ziemlich genau 13,8 Milliarden Jahren kam es zu einem gewaltigen Rums, dem Urknall. Er bildet den Anfang von Raum und Zeit, aber auch von sämtlicher Materie, aus denen unser Universum heute besteht. Diese war zunächst auf einen Punkt konzentriert, dehnte sich aber rasend schnell aus – eine gigantische Gaswolke, in der die Materie nahezu gleichmäßig verteilt war.

Nahezu, aber eben nicht völlig: An manchen Stellen war die Wolke etwas dichter als an anderen. Und allein deshalb gibt es heute Planeten, Sterne und Galaxien. Denn von den dichteren Gebieten gingen etwas höhere Gravitationskräfte aus, die das Gas aus ihrer Umgebung zu sich heranzogen. Mit der Zeit konzentrierte sich in diesen Gegenden daher mehr und mehr Materie. Der Raum zwischen ihnen wurde dagegen leerer und leerer. So entstand innerhalb von gut 13 Milliarden Jahren eine Art Schwammstruktur: große „Löcher“ ohne Materie, dazwischen Bereiche, in denen sich auf engem Raum Tausende von Galaxien tummeln, so genannte Galaxienhaufen oder -cluster.

Wenn es sich tatsächlich so abgespielt hat, müssten die Galaxien und Cluster noch immer durch Reste dieses Gases verbunden sein, wie durch die hauchdünnen Fäden eines Spinnennetzes. „Berechnungen zufolge befindet sich in diesen Filamenten mehr als die Hälfte der gesamten baryonischen Materie unseres Universums – das ist die Materieform, aus der Sterne und Planeten bestehen, ebenso wie wir selber“, erklärt Prof. Dr. Thomas Reiprich vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn. Dennoch entzog sie sich bislang unseren Blicken: Aufgrund der enormen Ausdehnung der Filamente ist das Materiegas in ihnen extrem verdünnt: Es enthält pro Kubikmeter gerade einmal zehn Teilchen – das ist sehr viel weniger, als in dem besten Vakuum vorhanden sind, das wir auf der Erde herstellen können.

Mit einem neuen Messinstrument, dem eROSITA-Weltraumteleskop, konnten Reiprich und seine Kollegen das Gas nun aber erstmals umfassend sichtbar machen. „eROSITA hat sehr empfindliche Detektoren für die Art von Röntgenstrahlung, die von dem Gas in Filamenten ausgeht“, erklärt Reiprich. „Außerdem hat es ein großes Gesichtsfeld – es bildet wie ein Weitwinkel-Objektiv einen relativ weiten Teil des Himmels in einer einzigen Messung ab, und das in sehr hoher Auflösung.“ Dadurch lassen sich in vergleichsweise geringer Zeit detaillierte Aufnahmen von derart großen Objekten anfertigen, wie es die Filamente sind.

Bestätigung des Standardmodells
Die Wissenschaftler nahmen in ihrer Studie ein Himmelsobjekt namens Abell 3391/95 unter die Lupe. Dabei handelt es sich um ein System von drei Galaxienhaufen, das rund 700 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Auf den eROSITA-Aufnahmen sind nicht nur die Haufen und zahlreiche Einzelgalaxien zu erkennen, sondern auch die Gasfäden, die diese Strukturen miteinander verbinden. Das gesamte Filament ist 50 Millionen Lichtjahre lang. Möglicherweise ist es aber noch riesiger: Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Aufnahmen nur einen Ausschnitt zeigen.

„Wir haben unsere Beobachtungen mit den Ergebnissen einer Simulation verglichen, die die Entwicklung des Universums nachstellt“, erklärt Reiprich. „Die eROSITA-Bilder ähneln den computergenerierten Grafiken frappierend. Das spricht dafür, dass das weithin akzeptierte Standardmodell zur Entwicklung des Universums korrekt ist.“ Vor allem zeigen die Daten aber, dass sich die fehlende Materie wohl tatsächlich in den Filamenten verbirgt.

Reiprich ist auch Mitglied des Transdisziplinären Forschungsbereichs (TRA) „Bausteine der Materie und grundlegende Wechselwirkungen“ der Universität Bonn. In sechs verschiedenen TRAs kommen Wissenschaftler aus den unterschiedlichsten Fakultäten und Disziplinen zusammen, um gemeinsam an zukunftsrelevanten Forschungsthemen der Exzellenzuniversität zu arbeiten.

Beteiligte Institutionen und Förderung
An der Studie waren fast 50 Wissenschaftler aus Institutionen in Deutschland, den USA, der Schweiz, Chile, Australien, Spanien, Südafrika und Japan beteiligt.

eROSITA wurde mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt. Das Teleskop wurde im vergangenen Jahr an Bord eines russisch-deutschen Satelliten ins All geschossen, dessen Bau durch die russische Weltraumagentur Roskosmos unterstützt wurde. Die aktuelle Studie wurde durch mehrere Forschungsförderorganisationen in den beteiligten Ländern gefördert.

Bei dieser Arbeit kamen auch die Dark Energy Camera (DECam) am 4-Meter-Teleskop Víctor M. Blanco am Interamerikanischen Observatorium Cerro Tololo, ein Programm des NOIRLab der NSF, und das von der CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) gebaute und betriebene Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) Teleskop zum Einsatz.

Publikation:
T.H. Reiprich u.a.: The Abell 3391/95 galaxy cluster system: A 15 Mpc intergalactic medium emission filament, a warm gas bridge, infalling matter clumps, and (re-) accelerated plasma discovered by combining eROSITA data with ASKAP/EMU and DECam data. Astronomy & Astrophysics,
DOI: 10.1051/0004-6361/202039590

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• Röntgenteleskope ART-XC und eRosita auf Spektr-RG (SRG)

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