Nicht viele Sterne können von sich behaupten, beinahe unser Verständnis vom Universum kaputt gemacht zu haben – aber ein Stern mit der Bezeichnung HD 140283 hätte es fast geschafft: Im Jahr 2000 schätzten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sein Alter auf 16 Milliarden Jahre. Und damit wäre dieser so unscheinbare Stern älter als das Universum selbst. Er liegt in rund 190 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Waage und ist von der Erde aus zwar nicht mit dem bloßen Auge, aber doch immerhin schon mit einem Fernglas sichtbar. Seinen Spitznamen als „Methusalem-Stern“ hat er sich damit mehr als verdient.

In den darauffolgenden Jahren korrigierten neue Messungen und Studien dieses Alter glücklicherweise nach unten. Inzwischen gilt HD 140283 zwar immer noch als alt, aber nicht mehr als älter als das Universum selbst. Trotz seines stolzen Alters ist eines wissenschaftlich sicher: Der Methusalem-Stern ist keiner von den allerersten Sternen, die es in unserem Universum je gegeben hat – doch auf die haben sie es abgesehen.

Forschende bezeichnen jene ersten Sterne im Universum auch als Sterne der Population III. Es sind die Sterne, die nach dem Urknall als erstes Licht ins Dunkel brachten. Damals, vor Milliarden von Jahren, gab es im Universum vor allem Wasserstoff und Helium. Erst die ersten Sterne haben jene massereicheren Elemente hergestellt, die wir heute kennen und schätzen – und ohne die es uns nicht geben würde: Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, und noch schwerere Elemente bis hin zum Eisen.

Somit ist zwar vollkommen klar, dass es diese ersten Sterne gegeben haben muss. Und doch haben Forschende noch nie einen solchen Stern beobachtet, trotz Jahrzehnten der intensiven Suche.

In dieser Folge erzählt Franzi von dieser Suche nach den Sternen der Population III, die Licht ins Universum gebracht haben – eine Suche, für die Forschende versuchen, mit dem James Webb-Weltraumteleskop so weit in die Vergangenheit zu blicken wie möglich. Aber auch unsere eigene Milchstraße bleibt ein möglicher Fundort für die wahren Methusalem-Sterne.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf Apple Podcasts oder Spotify zu finden.

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• AstroGeo Podcast
• Population III Sterne

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Quelle: Universität Bonn 23. Mai 2024.

23. Mai 2024 – Heute veröffentlicht das Euclid-Projektkonsortium die ersten wissenschaftlichen Publikationen zu Beobachtungen mit dem Euclid-Weltraumteleskop. In einer ersten frühen Beobachtungsphase konnten bereits einige wissenschaftlich spektakuläre Ergebnisse erzielt werden. Diese geben einen Vorgeschmack auf die beispiellosen Fähigkeiten des Teleskops, welches im Verlauf der nächsten Jahre eine der genauesten Karten der zeitlichen Entwicklung unseres Universums erstellen soll. Alle fünfzehn Publikationen werden ab morgen auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht. Nach Abschluss der fachlichen Begutachtung erscheinen sie dann auch in einer Sonderausgabe der Fachzeitschrift “Astronomy & Astrophysics”.

Die Entdeckung freifliegender, frisch geborener Planeten, die Untersuchung der Kugelsternhaufen-Population nahegelegener Galaxien, die Entdeckung neuer leuchtschwacher Galaxien und Zwerggalaxien in nahen Galaxienhaufen, die Verteilung der Dunklen Materie und der leuchtenden Materie zwischen den Galaxien von Galaxienhaufen und die Untersuchung weit entfernter, mittels Gravitationslinsen vergrößerter Galaxien werden in einer Serie von zehn Veröffentlichungen beschrieben. Zeitgleich mit diesen ersten wissenschaftlichen Ergebnissen veröffentlicht das Euclid-Konsortium heute in fünf weiteren umfangreichen Artikeln die technischen Grundlagen der Mission. Diese zeigen die herausragenden Qualitäten von Euclid und werden auf Jahre hinaus als Referenz für die Analyse der Euclid-Daten dienen.

Alle Veröffentlichungen wurden im Vorfeld bereits im Konsortium gesichtet und diskutiert, um schon vor dem Einreichen zur Begutachtung durch eine Fachzeitschrift ein homogenes Bild und ein einheitlich hohes Qualitätsniveau jeder Publikation sicherzustellen. Das Euclid-Konsortium betreibt zu diesem Zweck ein eigenes Editorial Office, welches unter dem Vorsitz von Prof. Peter Schneider am Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) der Universität Bonn angesiedelt ist. Die koordinierte zeitgleiche Einreichung von fünfzehn Artikeln mit zum Teil mehr als eintausend Autoren stellte eine besondere Herausforderung dar. Patrick Simon, der das Editorial Office operativ betreut, freut sich: “Mit diesem Satz von Publikationen präsentiert sich Euclid endgültig der breiten wissenschaftlichen Öffentlichkeit. Die Referenzpublikationen geben eine umfassende Beschreibung aller Aspekte der Mission, und die erste Analyse der Daten zeichnet ein beeindruckendes Bild vom wissenschaftlichen Potenzial Euclids.”

Referenzpublikationen
Ein Überblick-Artikel beschreibt die wissenschaftlichen Ziele der Euclid-Mission, die technischen Einzelheiten des Satelliten, den Beobachtungsplan, die Datenprodukte, die Pläne zur Datenanalyse und die erwarteten Resultate. Dieser Artikel stellt die Referenz für alle dar, die an den Euclid-Daten und den wissenschaftlichen Ergebnissen interessiert sind. Yannick Mellier, Leiter des Euclid-Konsortiums, unterstreicht: “Diese Arbeit fasst all die herausragenden Ergebnisse der mehr als zehnjährigen Entwicklungszeit zusammen. Euclid übertrifft bereits jetzt unsere Erwartungen und wird die Erforschung nicht nur des dunklen Universums, sondern beinahe aller Bereiche der Astronomie an vorderster Front vorantreiben.”

Drei Veröffentlichungen beschreiben detailliert die Spezifikationen, das Design, die Entwicklung und die Aufgaben der wissenschaftlichen Instrumente von Euclid. Die VIS-Kamera (für “visual” = ”sichtbar”) ist eine 609-Megapixel-Kamera, die im sichtbaren Licht arbeitet; das NISP-Instrument (für “nah-infrarot Spektrometer und Photometer”) bildet infrarotes Licht in mehreren Wellenlängenbereichen ab und kann zudem spektroskopisch beobachten. Die Kombination dieser beiden Kameras stellt die Kernkompetenz von Euclid dar. Erste Tests haben gezeigt, dass beide Instrumente die Erwartungen voll erfüllen. Sie werden über die kommenden Jahre exzellente Daten liefern, um die großskaligen Strukturen im Universum und ihre Entwicklung abzubilden. Dies soll beispielsweise helfen, die Natur der Dunklen Energie weiter zu erforschen oder die Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie bei großen Entfernungen zu testen.

Die fünfte Publikation beschreibt den “Flagship”-Galaxienkatalog, einen simulierten Katalog von Milliarden von Galaxien. Dieser basiert auf der Flagship-Simulation des Euclid-Konsortiums, der größten jemals ausgeführten kosmologischen Simulation. Ursprünglich entwickelt, um im Vorfeld des Missionsstarts die wissenschaftliche Analyse der Euclid-Daten vorzubereiten und zu testen, werden diese Simulationen nun verwendet, um mögliche systematische Messfehler in den Daten zu identifizieren und zu korrigieren.

Erste wissenschaftliche Bilder, Analysen und Publikationen
In den ersten Monaten der Euclid-Mission, noch während der Test- und Einrichtungsphase, wurden einige ausgesuchte Ziele beobachtet, welche die Brillanz der Aufnahmen und das vielfältige wissenschaftliche Potenzial der Euclid-Daten demonstrieren sollten. Insgesamt wurden vierundzwanzig Stunden auf diese frühen Beobachtungen verwendet. Fünf Aufnahmen wurden bereits im November 2023 veröffentlicht, einen weiteren Satz veröffentlicht die ESA heute, am 23. Mai 2024.

Das Euclid-Konsortium konnte bereits eine erste wissenschaftliche Analyse einiger dieser frühen Aufnahmen (“Early Release Observations”, ERO) durchführen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden heute der Öffentlichkeit zugänglich gemacht und demonstrieren die breite Vielfalt an astronomischen Untersuchungen, die durch Euclid möglich werden.

Bei den Untersuchungen wurden frei fliegende, gerade erst entstandene Planeten in Sternentstehungsregionen entdeckt; die Struktur ausgewählter Kugelsternhaufen der Milchstraße konnte bis in die äußeren Randbereiche vermessen werden; die detaillierte Morphologie und Zusammensetzung einiger naher Galaxien wurde untersucht; die Verteilung von Kugelsternhaufen im Fornax-Galaxienhaufen konnte mit bislang unerreichter Genauigkeit vermessen werden. Die Untersuchung des nahen Perseus-Galaxienhaufens führte zu einer Verdoppelung der bekannten Zwerggalaxien und zur Entdeckung, dass Sterne und Kugelsternhaufen im freien Raum zwischen den Galaxien mit einem Drittel zur Leuchtkraft des Haufens beitragen. Die Beobachtung zweier Gravitationslinsenhaufen führte nicht nur zur Entdeckung stark verzerrter Hintergrundobjekte, sondern auch zur Identifikation von neunundzwanzig Kandidaten für Galaxien aus der frühesten Epoche unserers Universums.

“Die Leistungsfähigkeit von Euclid zeigt sich in der Kombination aus dem außerordentlich großen Bildfeld, der sehr stabilen Optik und der breiten spektralen Abdeckung vom Optischen bis ins Nah-Infrarote. Das erlaubt es uns, die unterschiedlichsten Objekte und Skalen in einer einzigen Aufnahme einzufangen. Die ERO geben nur einen kleinen Vorgeschmack auf die zu erwartenden Ergebnisse der Euclid-Mission”, betont Reiko Nakajima vom AIfA der Universität Bonn, die als Instrument-Wissenschaftlerin verantwortlich für die Bildqualität des optischen VIS-Instruments ist. Tatsächlich konnten all diese spektakulären Beobachtungen bereits innerhalb eines kurzen Zeitraumes gemacht werden, der weniger als 0,1% der gesamten geplanten Beobachtungszeit von Euclid ausmacht.

Alle fünfzehn Publikationen werden ab morgen auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht. Nach Abschluss der fachlichen Begutachtung erscheinen sie dann auch in einer Sonderausgabe der Fachzeitschrift “Astronomy & Astrophysics”. Die ERO-Aufnahmen werden zusammen mit den Originaldaten von der ESA zum Download bereitgestellt.

Zukünftige geplante Meilensteine der Euclid-Mission
Die nächsten geplanten Datenveröffentlichungen des Euclid-Konsortiums werden die Kernziele des Projekts zum Inhalt haben: Ein erster öffentlicher Zugang zu den regulären wissenschaftlichen Daten wird mit einem “Quick Release” im Frühjahr 2025 möglich; die Daten des ersten Jahres des regulären Beobachtungsprogramms, der am Ende ein Drittel des gesamten Himmels abdecken wird, sollen im Somer 2026 öffentlich werden. In weiteren Datenreleases in den Folgejahren werden dann sukzessive die jeweiligen Projektfortschritte öffentlich zugänglich gemacht, bis zur Vollendung des nominellen Beobachtungsprogramms im Jahr 2031.

Das Euclid-Konsortium
Das Euclid-Konsortium verantwortet zusammen mit der Europäischen Weltraumagentur (ESA) die Planung, den Bau und den Betrieb des Weltraumteleskops Euclid. Ziel des Projekts ist die Kartierung der dunkelsten Regionen des Himmels über einen Zeitraum von sechs Jahren hinweg. Die umfassenden Daten sollen insbesondere neue Einblicke in die Natur der Dunklen Energie und der Dunklen Materie geben. Das Teleskop wurde am 1. Juli 2023 erfolgreich in den Weltraum gestartet und hat nach einer gut halbjährigen Einrichtungsphase am 14. Februar 2024 mit seinem regulären Beobachtungsprogramm begonnen.

Das Euclid-Konsortium setzt sich aus mehr als 2600 Mitgliedern zusammen, darunter mehr als 1000 aktive Wissenschaftler aus über 300 Forschungsinstituten in 15 europäischen Ländern sowie in Japan, Kanada und den USA.

Übersicht der Referenz- und ERO-Publikationen:
https://www.euclid-ec.org/science/publications/

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• Weltraumteleskop EUCLID

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Quelle: AIP 10. Oktober 2023.

10. Oktober 2023 – Die dritte Datenveröffentlichung von Gaia enthält Daten zu über 1,8 Milliarden Sternen, die ein umfassendes Bild der Milchstraße und darüber hinaus ergeben. Allerdings gab es in der Kartierung unserer Galaxie noch Lücken. Vor allem in Bereichen des Himmels, die besonders dicht mit Sternen bevölkert sind, erreichte Gaias normaler Beobachtungsmodus seine Grenzen, so dass diese Regionen vergleichsweise unerforscht blieben – und man übersah Sterne, die weniger hell leuchteten als ihre vielen Nachbarn.

Ein wichtiges Beispiel hierfür sind Kugelsternhaufen. Sie gehören zu den ältesten Objekten des Universums, was sie für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die sich mit unserer kosmischen Vergangenheit befassen, besonders wertvoll macht. Leider sind ihre hellen Kerne voller Sterne eine große Herausforderung für Teleskope und es ist schwierig, einen klaren Blick zu erhaschen. Daher sind sie fehlende Puzzlestücke in unseren Karten des Universums.

Um diese Lücken zu schließen, hat Gaia Omega Centauri ausgewählt, den größten Kugelsternhaufen, der von der Erde aus zu sehen ist, und ein gutes Beispiel für einen „typischen“ Haufen. Statt einzelne Sterne zu beobachten, wie es normalerweise der Fall wäre, aktivierte Gaia einen speziellen Beobachtungsmodus und zeichnete zweidimensionale Bilder mit dem Sky Mapper Instrument auf.

„In Omega Centauri entdeckten wir mehr als eine halbe Million neuer Sterne, die Gaia zuvor nicht gesehen hatte – und das in nur einem Sternhaufen“, sagt Dr. Katja Weingrill, Projektleiterin für Gaia am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP).

„Es geht nicht nur darum, Löcher in unserer Kartierung zu flicken, obwohl dies an sich schon wertvoll ist“, fügt Dr. Alexey Mints, Mitglied der Gaia-Kollaboration und ebenfalls vom AIP, hinzu. „Unsere Daten haben es uns ermöglicht, Sterne zu entdecken, die zu nahe beieinander liegen, um sie mit der regulären Gaia Pipeline richtig zu vermessen. Mit den neuen Daten können wir die Struktur des Haufens, die Verteilung der einzelnen Sterne, ihre Bewegung und vieles mehr untersuchen und so eine vollständige, großräumige Karte von Omega Centauri erstellen. Das bedeutet volle Nutzung des Potenzials von Gaia – wir haben dieses erstaunliche kosmische Werkzeug mit maximaler Leistung eingesetzt.“

Dieses Ergebnis entspricht nicht nur den geplanten Zielen von Gaia, sondern übertrifft diese sogar. „Wir haben nicht damit gerechnet, diese Bilder jemals für wissenschaftliche Zwecke einzusetzen, was das Ergebnis noch spannender macht“, fügt Katja Weingrill hinzu.

Gaia erforscht derzeit acht weitere Regionen auf diese Weise; die Ergebnisse werden in der vierten Gaia-Datenveröffentlichung enthalten sein. Die Daten werden Astronominnen und Astronomen helfen, zu verstehen, was in den kosmischen Bausteinen vor sich geht. Es ist ein entscheidender Schritt für Forschende, um das Alter unserer Galaxie zu bestätigen, ihr Zentrum zu lokalisieren oder um herauszufinden, ob die Milchstraße in der Vergangenheit Kollisionen erlebt hat oder wie sich Sterne im Laufe ihrer Lebenszeit verändern, unsere Modelle der galaktischen Entwicklung einschränken und wie man schließlich auf das potentielle Alter des Universums selbst schließen kann.

In der neuen Veröffentlichung identifiziert Gaia außerdem über 380 mögliche Gravitationslinsen, verbessert die Genauigkeit der Umlaufbahnen von mehr als 150.000 Asteroiden innerhalb des Sonnensystems, kartiert die Scheibe der Milchstraße durch das Aufspüren schwacher Signale im Sternenlicht und charakterisiert die Dynamik von 10.000 veränderlichen roten Riesensternen.

Die Daten sind ab heute frei zugänglich und können direkt vom AIP Gaia-Archiv http://gaia.aip.de/ heruntergeladen werden, da das AIP ein offizielles Gaia-Partner-Datenzentrum ist.

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
Gaia Focused Product Release: Sources from Service Interface Function image analysis – half a million new sources in omega CentauriGaia Collaboration, K. Weingrill , et al. Astronomy & Astrophysics
DOI: doi.org/10.1051/0004-6361/202347203
https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202347203
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2023/12/aa47203-23.pdf

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• GAIA

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Quelle: Technische Universität Wien 17. Mai 2023.

17. Mai 2023 – Die Relativitätstheorie funktioniert großartig, wenn man Phänomene auf kosmischer Skala erklären möchte – etwa die Gravitationswellen, die bei der Kollision von schwarzen Löchern entstehen. Die Quantentheorie funktioniert großartig, wenn man Phänomene auf Teilchenskala erklären möchte – etwa das Verhalten einzelner Elektronen im Atom. Beides miteinander auf völlig zufriedenstellende Weise zu verbinden, ist aber noch nicht gelungen. Die Suche nach einer „Quantentheorie der Gravitation“ gilt als eine der großen ungelösten Aufgaben der Wissenschaft.

Das liegt unter anderem daran, dass die Mathematik auf diesem Gebiet extrem kompliziert ist, und dass es gleichzeitig extrem schwierig ist, passende Experimente durchzuführen: Man müsste Situationen schaffen, in denen sowohl Phänomene der Relativitätstheorie eine wichtige Rolle spielen, etwa eine durch schwere Massen gekrümmte Raumzeit, und gleichzeitig Quanteneffekte sichtbar werden, zum Beispiel die kombinierte Teilchen- und Wellennatur von Licht.

An der TU Wien entwickelte man dafür nun einen neuen Zugang: Mit einem sogenannten „Quantensimulator“ geht man solchen Fragen auf den Grund: Man untersucht nicht das System, über das man eigentlich etwas lernen möchte (nämlich Quantenteilchen in einer gekrümmten Raumzeit), sondern erzeugt stattdessen ein „Modellsystem“, eine einfacher zu handhabende Simulation, aus der man dann durch Analogieschlüsse etwas über das eigentlich interessante System lernen kann. Dass dieser Quantensimulator ausgezeichnet funktioniert, konnte das Team nun zeigen. Die Ergebnisse der internationalen Kooperation mit der Universität Kreta, der Nanyang Technological University und der FU Berlin wurden nun im Fachjournal PNAS publiziert.

Von einem System etwas über ein anderes lernen
Die Grundidee hinter dem Quantensimulator ist einfach: Viele Systeme in der Quantenphysik ähneln einander. Auch wenn es sich um völlig unterschiedliche Teilchensorten handelt, oder um physikalische Systeme, die auf den ersten Blick wenig miteinander zu tun haben, kann es sein, dass die Systeme auf tieferer Ebene denselben Gesetzen und Gleichungen gehorchen. Das bedeutet, dass man über ein bestimmtes System etwas lernen kann, indem man ein anderes System untersucht.

„Wir nehmen also ein Quantensystem, von dem wir wissen, dass wir es im Experiment sehr gut kontrollieren und anpassen können“, sagt Prof. Jörg Schmiedmayer vom Atominstitut der TU Wien. „In unserem Fall sind das ultrakalte Atomwolken, die von einem Atomchip mit elektromagnetischen Feldern festgehalten und manipuliert werden.“ Wenn man diese Atomwolken auf geeignete Weise anpasst, sodass sich ihre Eigenschaften in ein anderes Quantensystem übersetzen lassen, kann man aus der Vermessung des Atomwolken-Modellsystem etwas über das andere System lernen – ähnlich wie man etwa aus der Schwingung einer Masse, die an einer Metallfeder befestigt ist, etwas über die Schwingung eines Pendels an einer Schnur lernen kann: Es sind zwei verschiedene physikalische Systeme, aber das eine lässt sich in das andere übersetzen.

Der Gravitationslinsen-Effekt
„Wir konnten nun zeigen, dass sich auf diese Weise ganz eindeutig Effekte hervorrufen lassen, mit denen man die Krümmung der Raumzeit nachstellen kann“, sagt Mohammadamin Tajik vom Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) – Atominstitut der TU Wien, Erstautor des aktuellen Papers. Im Vakuum des Weltraums breitet sich Licht auf einem sogenannten „Lichtkegel“ aus: Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant, in gleichen Zeiten bewegt sich das Licht in jede Richtung gleich weit. Wenn das Licht allerdings durch schwere Massen beeinflusst wird, etwa durch die Gravitation der Sonne, dann werden diese Lichtkegel verbogen. Die Pfade, die das Licht zurücklegt, sind in einer gekrümmten Raumzeit nicht mehr perfekt gerade. Man spricht dann von einem „Gravitationslinsen-Effekt“.

Dasselbe kann man nun auch in den Atomwolken zeigen. An Stelle der Lichtgeschwindigkeit untersucht man dort die Schallgeschwindigkeit. „Nun haben wir also ein System, in dem es einen Effekt gibt, der einer Raumzeitkrümmung beziehungsweise einer Gravitationslinse entspricht, gleichzeitig handelt es sich aber um ein Quantensystem, das man mit Quantenfeldtheorien beschreiben kann“, sagt Mohammadamin Tajik. „Auf die Weise haben wir also ein völlig neues Werkzeug, um den Zusammenhang zwischen Relativitätstheorie und Quantentheorie zu untersuchen.“

Ein Modellsystem für Quanten Phänomene in gekrümmter Raum-Zeit
Die Experimente zeigen, dass die Form der Lichtkegel, Linseneffekte, Reflexionen und andere Phänomene in diesen Atomwolken genau auf dieselbe Weise demonstriert werden können, wie man das in relativistischen kosmischen Systemen erwarten würde. Das ist nicht nur interessant, um neue Daten für theoretische Grundlagenforschung zu generieren – auch in der Festkörperphysik und bei der Suche nach neuen Materialien stößt man auf Fragen, die eine ähnliche Struktur haben und daher von solchen Experimenten beantwortet werden können.

„Wir wollen diese Atomwolken nun noch besser steuern, damit wir noch weitreichendere Daten ermitteln können. So lassen sich etwa Wechselwirkungen zwischen den Teilchen noch ganz gezielt verändern“, erklärt Jörg Schmiedmayer. Auf diese Weise kann der Quantensimulator physikalische Situationen nachstellen, die so kompliziert sind, dass man sie auch mit Supercomputern nicht berechnen kann.

Der Quantensimulator wird so zu einer neuen, zusätzlichen Informationsquelle für die Quantenforschung – zusätzlich zu theoretischen Berechnungen, Computersimulationen und direkten Experimenten. Das Forschungsteam hofft, bei der Untersuchung der Atomwolken auf neue, bisher vielleicht noch völlig unbekannte Phänomene zu stoßen, die auf kosmischer, relativistischer Skala ebenso stattfinden – aber ohne einen Blick auf winzige Teilchen vielleicht nie entdeckt worden wären.

Originalpublikation
M.Tajik et al., Experimental observation of curved light-cones in a quantum field simulator, PNAS 120 (21), 2023., https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2301287120,
https://arxiv.org/abs/2209.09132,
pdf: https://arxiv.org/pdf/2209.09132.

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• physikalische Grundlagenforschung

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Quelle: MPA 28. Juli 2022.

28. Juli 2022 – Als Gravitationslinse vervielfacht und vergrößert SMACS J0723.3−7327 Bilder von Hintergrundgalaxien. Eine Familie solcher Mehrfachbilder gehört zu einer Galaxie, deren Entfernung sich mithilfe des neuen Modells auf 13 Milliarden Lichtjahre schätzen lässt. Wenn dies bestätigt wird, unterstreicht es die Bedeutung genauer Gravitationslinsenmodelle für die Identifizierung entfernter Galaxien und ihre detaillierte Untersuchung.

Das erste vom James Webb Space Telescope (JWST) veröffentlichte wissenschaftliche Bild zeigt den Galaxienhaufen SMACS J0723.3−7327. Insbesondere Galaxienhaufen können als Gravitationslinsen wirken und das Licht von Hintergrundgalaxien verstärken sowie mehrere Bilder von diesen erzeugen. Vor JWST waren hinter SMACS J0723.3−7327 insgesamt 19 Mehrfachbilder von sechs Hintergrundquellen bekannt. Die JWST-Daten enthüllten nun 27 zusätzliche Mehrfachbilder von zehn weiteren Objekten.

„In diesem ersten Schritt haben wir die Daten dieses brandneuen Teleskops verwendet, um den Linseneffekt von SMACS0723 mit großer Genauigkeit zu modellieren“, betont Gabriel Bartosch Caminha, Postdoc-Fellow am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), der Technischen Universität München und dem German Centre for Cosmological Lensing (GCCL). Die Forschenden verwendeten zunächst Daten des Hubble Space Telescopes (HST) und des Multi Unit Spectroscopic Explorers (MUSE), um ein „Pre-JWST“-Linsenmodell zu erstellen, und verfeinerten es dann mit den neu verfügbaren JWST-Nahinfrarotdaten. „Die JWST-Aufnahmen sind absolut verblüffend und wunderschön. Sie zeigen viel mehr Mehrfachbilder von Hintergrundquellen, die es uns ermöglichten, unser Massenmodell für die Gravitationslinse erheblich zu verbessern“, fügt er hinzu.

Von den neu entdeckten, gelinsten Objekten gibt es bisher noch keine Entfernungsschätzungen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwendeten ihr neues Modell für die Massenverteilung, um die Entfernung dieser Linsengalaxien abzuschätzen. Ein Objekt scheint sich demnach in der erstaunlichen Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren zu befinden (Rotverschiebung > 7,5), das heißt sein Licht wurde in den frühen Entwicklungsstadien unseres Universums emittiert. Von dieser Galaxie entstanden drei Mehrfachbilder und ihre Helligkeit wurde insgesamt um etwa das 20-fache verstärkt.

Um solche weit entfernten Objekte zu untersuchen, ist es jedoch von grundlegender Bedeutung, den Linseneffekt des Galaxienhaufens im Vordergrund genau zu beschreiben. „Unser genaues Massenmodell bildet die Grundlage für die Untersuchung der JWST-Daten“, betont Sherry Suyu, Forschungsgruppenleiterin am MPA und dem Exzellenzcluster Origins, außerordentliche Professorin an der Technischen Universität München und Gastwissenschaftlerin am Academia Sinica Institut für Astronomie und Astrophysik. „Die spektakulären JWST-Bilder zeigen eine große Vielfalt stark gelinster Galaxien, die dank unseres genauen Modells jetzt im Detail untersucht werden können“, erläutert sie.

Das neue Modell für die Massenverteilung des Vordergrundhaufens ist in der Lage, die Positionen aller Mehrfachbilder mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren und ist damit eines der besten verfügbaren Massenmodelle. Für Folgestudien dieser Quellen werden die Linsenmodelle, einschließlich Vergrößerungskarten (magnification maps) und Rotverschiebungen (also Entfernungen), die aus dem Modell geschätzt werden, öffentlich zugänglich gemacht. „Wir freuen uns sehr darüber“, fügt Suyu hinzu, „und wir warten gespannt auf zukünftige JWST-Beobachtungen anderer Galaxienhaufen mit starkem Linseneffekt. Diese werden es uns nicht nur ermöglichen, die Massenverteilungen von Galaxienhaufen besser einzugrenzen, sondern auch Galaxien mit hoher Rotverschiebung zu untersuchen.“

Publikation
G. B. Caminha, S. H. Suyu, A. Mercurio, G. Brammer, P. Bergamini, A. Acebron, and E. Vanzella: First JWST observations of a gravitational lens – Mass model of new multiple images with near-infrared observations of SMACS J0723.3−7327, submitted to A&A Letters.
https://arxiv.org/abs/2207.07567
pdf: https://arxiv.org/pdf/2207.07567

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: ESON.

Astronomen haben mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), an dem die Europäische Südsternwarte (ESO) beteiligt ist, eine extrem weit entfernte und daher sehr junge Galaxie entdeckt, die unserer Milchstraße überraschend ähnlich sieht. Die Galaxie ist so weit entfernt, dass ihr Licht mehr als 12 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen: Wir sehen sie so, wie sie war, als das Universum gerade einmal 1,4 Milliarden Jahre alt war. Außerdem ist sie überraschend wenig chaotisch und widerspricht den Theorien, dass alle Galaxien im frühen Universum turbulent und instabil waren. Diese unerwartete Entdeckung stellt unser Verständnis der Entstehung von Galaxien in Frage und gibt uns neue Einblicke in die Vergangenheit unseres Universums.

„Dieses Ergebnis stellt einen Durchbruch auf dem Gebiet der Galaxienentstehung dar und zeigt, dass die Strukturen, die wir in nahen Spiralgalaxien und in unserer Milchstraße beobachten, bereits vor 12 Milliarden Jahren vorhanden waren“, sagt Francesca Rizzo, Doktorandin vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Deutschland, die die heute in Nature veröffentlichte Forschungsarbeit leitete. Die von den Astronomen untersuchte Galaxie mit der Bezeichnung SPT0418-47 scheint zwar keine Spiralarme zu haben, weist aber mindestens zwei für unsere Milchstraße typische Merkmale auf: eine rotierende Scheibe und einen Bulge, die große Ansammlung von Sternen, die dicht um das galaktische Zentrum gepackt sind. Dies ist das erste Mal in der Geschichte des Universums, dass ein Bulge so früh in der Geschichte des Universums beobachtet wurde, so dass SPT0418-47 das am weitesten entfernte Ebenbild der Milchstraße ist.

„Die große Überraschung war die Feststellung, dass diese Galaxie tatsächlich nahen Galaxien recht ähnlich ist, was den Erwartungen aus den Modellen und früheren, weniger detaillierten Beobachtungen widerspricht“, sagt Co-Autor Filippo Fraternali vom Astronomischen Institut Kapteyn der Universität Groningen in den Niederlanden. Im frühen Universum befanden sich junge Galaxien noch im Entstehungsprozess. Daher erwarteten die Forscher, dass sie chaotisch sind und nicht die ausgeprägten Strukturen aufweisen, die für entwickeltere Galaxien wie die Milchstraße typisch sind.

Die Untersuchung entfernter Galaxien wie SPT0418-47 ist grundlegend für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Diese Galaxie ist so weit entfernt, dass wir sie sehen, als das Universum nur 10 % seines heutigen Alters hatte, weil ihr Licht 12 Milliarden Jahre brauchte, um die Erde zu erreichen. Wenn wir sie studieren, gehen wir in eine Zeit zurück, in der diese Baby-Galaxien erst am Anfang ihrer Entwicklung standen.

Da diese Galaxien so weit entfernt sind, sind detaillierte Beobachtungen selbst mit den leistungsfähigsten Teleskopen fast unmöglich, da die Galaxien klein und lichtschwach erscheinen. Das Team überwand dieses Hindernis, indem es eine nahe Galaxie als starkes Vergrößerungsglas benutzte – ein Effekt, der als Gravitationslinse bekannt ist und ALMA erlaubt, in die ferne Vergangenheit in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit zu blicken. Bei diesem Effekt verzerrt und krümmt die Gravitationskraft der nahen Galaxie das Licht der fernen Galaxie und lässt sie verzerrt und vergrößert erscheinen.

Die gravitativ vergrößerte, entfernte Galaxie erscheint dank ihrer nahezu exakten Ausrichtung als ein nahezu perfekter Lichtkranz um die nahe Galaxie. Die Forschungsgruppe rekonstruierte die wahre Form der fernen Galaxie und die Bewegung ihres Gases aus den ALMA-Daten mit Hilfe einer neuen computergestützten Modellierungstechnik. „Als ich das rekonstruierte Bild von SPT0418-47 zum ersten Mal sah, konnte ich es nicht glauben: Eine Schatztruhe öffnete sich“, sagt Rizzo.

„Was wir gefunden haben, war ziemlich rätselhaft; obwohl sich Sterne mit hoher Geschwindigkeit bilden und daher hochenergetische Prozesse ablaufen, ist SPT0418-47 die am stärksten geordnete Galaxienscheibe, die je im frühen Universum beobachtet wurde“, erklärt Mitautorin Simona Vegetti, ebenfalls vom Max-Planck-Institut für Astrophysik. „Dieses Ergebnis ist ziemlich unerwartet und hat wichtige Auswirkungen darauf, wie sich nach unseren Vorstellungen Galaxien entwickeln.“ Die Astronomen merken jedoch an, dass SPT0418-47 zwar eine Scheibe und andere Merkmale aufweist, die denen der heutigen Spiralgalaxien ähneln, aber sie erwarten, dass sie sich zu einer Galaxie entwickeln wird, die sich von der Milchstraße sehr unterscheidet. Sie reiht sich dann in die Klasse der elliptischen Galaxien ein, einer anderen Art von Galaxien, die neben den Spiralgalaxien heute das Universum bevölkern.

Diese unerwartete Entdeckung deutet darauf hin, dass das frühe Universum vielleicht nicht so chaotisch ist, wie man einst glaubte, und wirft viele Fragen darüber auf, wie sich eine gut geordnete Galaxie so kurz nach dem Urknall gebildet haben konnte. Diese ALMA-Entdeckung folgt auf die im Mai angekündigte Entdeckung einer massereichen rotierenden Scheibe, die in ähnlicher Entfernung gesehen wurde. SPT0418-47 kann dank des Linseneffekts in feineren Details beobachtet werden und hat zusätzlich zu einer Scheibe einen Bulge, was sie unserer heutigen Milchstraße noch ähnlicher macht als die zuvor beobachtete Galaxie.

Zukünftige Studien, auch mit dem Extremely Large Telescope der ESO, werden versuchen, herauszufinden, wie typisch diese „Baby“-Scheibengalaxien wirklich sind und ob sie im Allgemeinen weniger chaotisch sind als vorhergesagt. Dies eröffnet den Astronomen neue Wege, um herauszufinden, wie sich Galaxien entwickelt haben.

Weitere Informationen:
Diese Studie wurde in dem Artikel „A dynamically cold disk galaxy in the early Universe“ vorgestellt, der in Nature (doi: 10.1038/s41586-020-2572-6) erscheint.

Das Team setzt sich zusammen aus F. Rizzo (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Deutschland [MPA]), S. Vegetti (MPA), D. Powell (MPA), F. Fraternali (Astronomisches Institut Kapteyn, Universität Groningen, Niederlande), J. P. McKean (Astronomisches Institut Kapteyn und ASTRON, Niederländisches Institut für Radioastronomie), H. R. Stacey (MPA, Astronomisches Institut Kapteyn und ASTRON, Niederländisches Institut für Radioastronomie) und S. D. M. White (MPA).

Über die ESO:
Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner.

Die ESO führt ein ehrgeiziges Programm durch, das sich auf die Planung, den Bau und den Betrieb leistungsfähiger bodengebundener Beobachtungseinrichtungen konzentriert, die es Astronomen ermöglichen, wichtige wissenschaftliche Entdeckungen zu machen. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle.

Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope (VLT) und das weltweit führende Very Large Telescope Interferometer sowie zwei Durchmusterungsteleskope: VISTA im Infrarotbereich und das VLT Survey Telescope (VST) für sichtbares Licht. Am Paranal wird die ESO zukünftig außerdem das Cherenkov Telescope Array South beherbergen und betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlenobservatorium der Welt.

Die ESO ist zusätzlich einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das Extremely Large Telescope (ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

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.

Wissenschaftlicher Artikel (.pdf):
A dynamically cold disk galaxy in the early Universe

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• Galaxien – Entstehung und Entwicklung

Der Beitrag Am weitesten entferntes Ebenbild der Milchstraße erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astrophysik.

Mitglieder des H0LiCOW-Teams unter der Leitung von Sherry Suyu am Max-Planck-Institut für Astrophysik und der Technischen Universität München nutzten eine Reihe von Teleskopen und eine von bisherigen Methoden völlig unabhängige Technik, um die Ausdehnungsrate des Universums zu messen, die sogenannte Hubble-Konstante. Das Ergebnis der Forscher bestätigt eine bislang nicht erklärbare Diskrepanz zwischen Messungen der Expansionsrate aufgrund von Beobachtungen des lokalen Universums einerseits und aus der Hintergrundstrahlung im frühen Universum andererseits. Die neue Studie macht es damit wahrscheinlich, dass neue Theorien notwendig sein könnten, um diese Diskrepanz zu erklären.

Die Kenntnis des genauen Wertes der Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums ist wichtig für die Bestimmung von Alter, Größe und Schicksal des Kosmos. Dieses Rätsel zu entschlüsseln, ist derzeit eine der größten Herausforderungen der Astrophysik. Der jetzt veröffentliche, neueste Wert für die Hubble-Konstante stellt die bisher präziseste Messung mit Hilfe des Gravitationslinseneffekts dar, bei dem eine Vordergrundgalaxie durch ihre Schwerkraft wie eine riesige Vergrößerungslinse wirkt und das Licht von Hintergrundobjekten verstärkt und verzerrt.

Das Team von Astronomen, das die neue Messung der Hubble-Konstante durchgeführt hat, nennt sich H0LiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring). COSMOGRAIL ist die Abkürzung für Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses, ein großes internationales Projekt, dessen Ziel die regelmäßige Beobachtung von Gravitationslinsen ist. „Wellspring“ bezieht sich auf das reichliche Angebot an Quasar-Linsen-Systemen. Für seine jüngsten Messungen nutzte das Team neue Daten des Weltraumteleskops Hubble sowie des 2,2m-Teleskops der ESO/MPG und dem ESO VLT in Chile, Weitfeldaufnahmen des Dark Energy Survey und hochauflösende Aufnahmen mit der Adaptiven Optik des Keck-Observatoriums.

Die H0LiCOW Ergebnisse und andere neuere Messungen deuten auf eine schnellere Expansion im lokalen Universum hin, als aufgrund der Beobachtungen des ESA-Planck-Satelliten erwartet wurde, die unseren Kosmos vor mehr als 13 Milliarden Jahren zeigen. Die Kluft zwischen den beiden Werten hat wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der physikalischen Parameter, die unserem Universum zugrunde liegen. Neue physikalische Erkenntnisse sind möglicherweise erforderlich, um die Diskrepanz zu erklären.

„Wenn diese Ergebnisse nicht übereinstimmen, könnte das ein Hinweis darauf sein, dass wir noch nicht vollständig verstehen, wie sich Materie und Energie im Laufe der Zeit entwickelt haben, besonders in frühen Zeiten“, sagt H0LiCOW-Teamleiterin Sherry Suyu vom Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Deutschland, der Technischen Universität München und dem Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Taipeh, Taiwan.

Die Forscher errechneten einen Wert für die Hubble-Konstante von 73 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec (mit 2,4% Unsicherheit). Die Messung des Teams liegt nahe an dem Wert von 74, den das SH0ES-Team (Supernova H0 for the Equation of State) berechnet hat. Das SH0ES-Ergebnis basiert auf der Messung der Entfernungen zu erdnahen und erdfernen Galaxien, wobei zuerst variable Sterne, die Cepheiden, und bei größeren Distanzen Supernovae als Messlatten zu den Galaxien verwendet werden. Die neue H0LiCOW-Studie kommt nun unabhängig von dieser traditionellen „Kosmischen Entfernungsleiter“-Technik zum nahezu gleichen Ergebnis. Die SH0ES- und H0LiCOW-Werte unterscheiden sich beide deutlich vom Ergebnis des Planck-Teams von 67, was die Spannung zwischen den Messungen der Hubble-Konstanten im heutigen Universum und dem auf Beobachtungen des frühen Universums basierenden Vorhersagewert verstärkt.

„Während unsere ersten Ergebnisse bereits auf solch einen hohen Wert der Hubble-Konstante hindeuteten, können wir nun sicher sein, dass es tatsächlich einen systematischen Unterschied zwischen den Werten in der Früh- und Spätphase des Universums gibt“, erklärt Suyu. Stefan Taubenberger, ein Mitglied des H0LiCOW-Teams am MPA ergänzt: „Unser H0LiCOW-Wert ist signifikant höher als der Planck-Wert (wissenschaftlich gesprochen: mit einer Signifikanz von mehr als 3 Sigma) und in Kombination mit der SH0ES-Messung wird die Signifikanz noch größer“.

Seit 2012 sammelt das H0LiCOW-Team Daten und verfügt inzwischen über Hubble-Aufnahmen und Zeitverzögerungsmessungen für 10 Quasare, deren Licht durch vorgelagerte Linsengalaxien gebrochen und mehrfach abgebildet wird. Das Team wird in Zusammenarbeit mit weiteren Forschern auch in Zukunft nach neuen Gravitationslinsen-Quasaren suchen und diese systematisch beobachten. Das Ziel des Teams ist es, 30 weitere Linsensysteme zu beobachten, um die Unsicherheit in der Messung der Hubble-Konstante auf 1% zu reduzieren.

Originalveröffentlichung:

K. C. Wong, S. H. Suyu, G. C.-F. Chen, et al.

H0LiCOW XIII. A 2.4% measurement of H₀ from lensed quasars: 5.3σ tension between early and late-Universe probes

accepted for publication by MNRAS

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• Expansion des Universums

Der Beitrag Kosmische Linsen liefern unabhängige Messung für die Ausdehnung des Universums erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astrophysik.

Die heutige Expansionsrate des Universums wird durch die sogenannte Hubble-Konstante beschrieben; allerdings liefern verschiedene Techniken inkonsistente Ergebnisse, wie schnell sich unser Universum tatsächlich ausdehnt. Gravitationslinsen beschreiben die Tatsache, dass Licht von großen Massen im Universum abgelenkt wird, so wie eine Glaslinse auf der Erde Lichtstrahlen biegt. In den letzten Jahren haben Kosmologen diesen Effekt zunehmend genutzt, um Entfernungen zu messen. Sie nutzten dabei die Tatsache aus, dass ein Beobachter bei einem Mehrfachbildsystem die Photonen der verschiedenen Bilder aus verschiedenen Richtungen aufgrund der unterschiedlichen optischen Weglängen zu unterschiedlichen Zeiten sieht. Diese Messung ergibt eine physikalische Größe der Linse, und der Vergleich mit der beobachteten Größe am Himmel ergibt eine geometrische Entfernungsschätzung, die als „Winkelabstandsmessung“ bezeichnet wird. Solche Entfernungsmessungen in der Astronomie sind die Grundlage für die Messung der Hubble-Konstante, benannt nach dem Astronomen Edwin Hubble, der eine lineare Beziehung zwischen den Rotverschiebungen (und damit der Expansionsgeschwindigkeit des Universums) und den Entfernungen von Galaxien fand (ein Zusammenhang, der auch von Georges Lemaître unabhängig entdeckt wurde).

„Es gibt mehrere Möglichkeiten, Entfernungen im Universum zu messen, basierend auf unserem Wissen über das Objekt, dessen Entfernung gemessen wird“, erklärt Sherry Suyu (MPA/TUM), eine Expertin für die Nutzung von Gravitationslinsen zur Bestimmung der Hubble-Konstante. „Eine bekannte Technik ist die Bestimmung der Entfernung aufgrund der Leuchtkraft von Supernova-Explosionen, allerdings brauchen diese eine externe Kalibrierung der absoluten Entfernungsskala. Mit unserer Analyse von Gravitationslinsensystemen können wir einen völlig neuen, unabhängigen Anker für diese Methode liefern.“

Das Team verwendete zwei starke Gravitationslinsensysteme B1608+656 und RXJ1131 (siehe Abbildung ganz oben). In jedem dieser Systeme gibt es vier Bilder einer Hintergrundgalaxie, wobei eine oder zwei Vordergrundgalaxien als Linsen dienen. Diese relativ einfache Konfiguration ermöglichte es den Wissenschaftlern, ein genaues Linsenmodell zu erstellen und so die Winkelabstände mit einer Genauigkeit von 12 bis 20% pro System zu messen. Diese Abstände wurden dann als Anker für 740 Supernovae in einem öffentlichen Katalog (der Datensatz der Joint Light-curve Analysis) verwendet.

„Aufgrund ihres Aufbaus ist unsere Methode unempfindlich gegenüber den Details des angenommenen kosmologischen Modells“, sagt Inh Jee (MPA), die die statistische Analyse durchgeführt und die Supernova-Daten mit den Linsenabständen kombiniert hat. „Wir erhalten ein ziemlich hohes Ergebnis für die Hubble-Konstante, aber auch wenn unsere Messung noch eine größere Unsicherheit hat als andere direkte Methoden, wird dies von der statistischen Unsicherheit dominiert, da wir nur zwei Linsensysteme verwenden.“

Der Wert für die Hubble-Konstante basierend auf dieser neuen Analyse liegt bei 82 +/- 8 km/s/Mpc (Kilometer pro Sekunde und Megaparsec). Dies steht im Einklang mit Werten, die mit der Entfernungs-Leiter-Methode und Supernova-Daten bestimmt wurden, sowie mit Werten auf Basis anderer Gravitationslinsen-Systeme, welche direkt aus der sogenannten Zeitverzögerungsentfernung weiterer Gravitationslinsen-Systeme bestimmt wurden.

„Diese neue Messung bestätigt, dass es einen systematischen Unterschied zwischen den direkt aus dem Abstand zu lokalen oder mittelweiten Quellen gewonnenen und den indirekt aus der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung abgeleiteten Werten für die Hubble-Konstante zu geben scheint“, erklärt Eiichiro Komatsu, Direktor am MPA, der dieses Projekt leitete. „Wenn weitere Messungen dies bestätigen, würde diese Diskrepanz eine Revision des Standardmodells der Kosmologie erfordern.“

Animation (Suyu, Fassnacht, NRAO/AUI/NSF):
Variability in B1608+656
Variabilität beobachtet im Linsensystem B1608+656, die Bezeichnungen sind die selben wie in Abbildung 1. Die Pfeile kennzeichnen ein Aufflackern, das zu verschiedenen Zeiten in den vier Bildern zu sehen ist.

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• Kosmologie

Der Beitrag Hoher Wert für die Hubble-Konstante erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO, National Radio Astronomy Observatory.

Das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (kurz „ALMA“) ist das größte derzeit auf der Erde verfügbare Radioteleskop. Es handelt sich hierbei um einen aus 66 einzelnen Antennen mit Durchmessern von bis zu 12 Metern bestehenden Teleskopverbund, welcher sich in einer Höhe von 5.100 Metern über dem Meeresspiegel auf dem Chajnantor-Hochplateau in der nordchilenischen Atacama-Wüste befindet. Die ALMA-Antennen sind beweglich und können mittels zwei spezieller Transporter so auf dem Hochplateau angeordnet werden, dass sich zwischen den einzelnen Antennen Abstände zwischen 150 Metern bis hin zu maximal 15 Kilometern ergeben. Durch die Möglichkeit solcher Abstandsänderungen wird das ALMA zu einer Art gigantischem „Zoomteleskop“ (Raumfahrer.net berichtete).

Gegen Ende des Jahres 2014 wurde mit ALMA eine ‚Long Baseline‘-Kampagne durchgeführt. Diese Beobachtungen dienten dazu, die Fähigkeit des Teleskopverbunds, auch extrem feine Details von zu untersuchenden Beobachtungsobjekten aufzulösen, zu testen und zu verifizieren. Um das wissenschaftliche Potential von ALMA in seiner größtmöglichen Konfiguration aufzuzeigen mussten die einzelnen Antennen dabei in ihrem größtmöglichen Abstand von bis zu 15 Kilometern angeordnet sein.

Für die entsprechende Testkampagne wurden von den beteiligten Wissenschaftlern fünf Beobachtungsziele ausgewählt, welche über sehr unterschiedliche Eigenschaften verfügten. Hierbei handelte es sich um den von einer protoplanetaren Scheibe umgebenen Stern HL Tauri, den Stern Mira im Sternbild Cetus (zu deutsch „Walfisch), den Quasar 3C138, den im Haupt-Asteroidengürtel unseres Sonnensystems gelegenen Asteroiden (3) Juno und um die erst vor wenigen Jahren mit dem ESA-Weltraumteleskop Herschel entdeckte Galaxie SDP.81.

Ein fast perfekter Einsteinring
Bei der Galaxie SDP.81 handelt es sich um eine weit von unserem Sonnensystem entfernt gelegene Galaxie mit einer dort erfolgenden aktiven Sternentstehung. Die hier gemessene Rotverschiebung von z=3,042 weist dabei auf eine Entfernung von fast zwölf Milliarden Lichtjahren hin.

Eine massereiche Galaxie, welche unserer Heimatgalaxie dagegen mit einer Entfernung von ‚lediglich‘ vier Milliarden Lichtjahren vergleichsweise nah ist, und die sich genau auf der ‚Sichtlinie‘ zwischen der Erde und der Galaxie SDP.81 befindet, wirkt bei diesen Beobachtungen als eine Gravitationslinse.

Bedingt durch diese Konstellation ist im Fall von SDP.81 ein fast perfekter Gravitationslinsen-Einsteinring erkennbar. Ein derartiges Phänomen wurde bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts von dem Physiker Albert Einstein im Rahmen von dessen Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt, konnte bisher aber – bedingt durch das seltenen Auftreten der hierfür benötigten Konstellationen – nur in wenigen Fällen beobachtet werden.

Der Einsteinring der Galaxie SDP.81 erstreckt sich über eine Fläche mit einem Durchmesser von rund drei Bogensekunden und erscheint damit in etwa so groß wie der Planet Neptun. Die Auflösung des ALMA-Teleskopverbundes im Bereich der langen Basislinien erreichte bei der Beobachtung dieses Rings im Oktober 2014 einen Wert von 23 Millibogensekunden und übertraf somit die Auflösung aller anderen Teleskope, welche bisher zu dessen Beobachtung verwendet wurden, deutlich. Auf den ALMA-Daten sind feine Strukturen in dem Einsteinring der Galaxie SDP.81 erkennbar, die zuvor selbst auf den Aufnahmen des Hubble Space Telescope nicht sichtbar waren.

„Wir werden jetzt versuchen, diese mit einer erstaunlichen Detailgenauigkeit versehenen ALMA-Aufnahmen zu entzerren und so ein ‚wahres Bild‘ der entfernten Galaxie [SDP.81] zu erhalten“, so Catherine Vlahakis, eine der an dem ALMA-Projekt beteiligten Wissenschaftlerinnen.

Durch diese weiterführenden Informationen erhoffen sich die Astronomen detaillierte Informationen über die Prozesse der Sternentstehung in dieser Galaxie, welche sich anschließend auf die Sternbildungsprozesse im gesamten jungen Universum ableiten lassen werden.

Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Beobachtung des Einsteinrings der Galaxie SDP.81 wurden am 3. April 2015 von Catherine Vlahakis et al. unter dem Titel „ALMA Long Baseline Observations of the Strongly Lensed Submillimeter Galaxy HATLAS J090311.6+003906 at z=3.042“ in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters publiziert.

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• Gravitationslinsen/ Einsteinring/ Einsteinkreuz

Fachartikel von Catherine Vlahakis et al.:

• ALMA Long Baseline Observations of the Strongly Lensed Submillimeter Galaxy HATLAS J090311.6+003906 at z=3.042 (Volltext, engl.)

Der Beitrag ALMA: Ein Einsteinring um die Galaxie SDP.81 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: University of Hawaii. Vertont von Peter Rittinger.

Die Gravitation eines gigantischen Galaxienhaufens bündelt das Licht der 9,3 Milliarden Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie Sp 1149. Durch dieses Gravitationslinseneffekt genannte Phänomen wird die Spiralstruktur der Galaxie sichtbar und Astronomen können die einzelnen Spiralarme untersuchen. Normalerweise zerstört der Gravitationslinseneffekt die Struktur solch weit entfernter Objekte. Da bei Sp 1149 die feinen Strukturen erhalten sind, eignet sie sich besonders auch zur Überprüfung aktueller Entwicklungsmodelle.

Möglich wurde dieser unerwartete Blick in die weite Vergangenheit durch die Verwendung des 10-Meter-Teleskops Keck II auf Hawaii. Gravitationslinsen sind die größten natürlichen Lupen, die durch die kolossale Schwerkraft massiver Galaxiencluster das ausgesandte Licht von „dahinter“ liegenden Objekten bündeln und so wertvolle Informationen liefern können. Doch solche Linsen besitzen auch eine ganze Reihe von Nachteilen. Obwohl sie sehr weit entfernte Galaxien aus dem frühen Universum für Teleskope auf der Erde sichtbar machen, zerstören sie auf der anderen Seite aber auch einiges an Informationen. Die „gelinsten“ Bilder verlieren in der Regel ihre „Auflösung“ und es gehen Details wie die Spiralstruktur verloren.

Anders verhält sich der Fall allerdings bei Sp 1149. Sie wurde erst durch den verstärkenden Effekt der Gravitationslinse sichtbar. Der gewaltige Galaxienhaufen, der zwischen der Galaxie Sp 1149 und der Erde liegt, verstärkt das Licht der kleinen Sterninsel 22-fach und machte sie so erst für das Teleskop sichtbar.

Das Geheimnis um die Ausnahme, die Sp 1149 bildet, liegt in ihrer ganz speziellen Position direkt hinter dem Cluster. In dieser Position beugt die Gravitation des Clusters ihr Licht gleichmäßig in alle Richtungen und macht auf diese Art die Sichtung der Spiralarme, sowie die Trennung des Galaxienkerns von ihnen möglich.

Sp 1149 ist damit eines der wenigen bekannten Exemplare, die aus einer Zeit stammen, als das Universum erst ein Drittel seines heutigen Alters erreicht hatte, und die klar in Bulge und Arme aufgelöst werden können. Es lassen sich an ihr nicht nur existierende Galaxienentwicklungsmodelle überprüfen, sondern es gelang in der Studie auch, die Verteilung verschiedener Elemente in der Spiralgalaxie zu bestimmen.

Von allen gefundenen Elementen, ist der Sauerstoff das am breitesten dokumentierte. Die größten Vorkommen konzentrieren sich im Kern der Galaxie. Die dortigen Ansammlungen lassen eine erhöhte Sternentstehungsrate vermuten. Es bildet sich also wohl zunächst die Bulgepopulation in den Galaxien, bevor im Anschluss die Scheibensterne entstehen und sich letztlich die einzelnen Arme ausbilden. Insofern unterstützen die Erkenntnisse um Sp 1149 eine Idee, die als das „Inside-Out“-Modell er Galaxienentstehung bekannt ist.

Der Beitrag Spiralgalaxie hinter gewaltiger Lupe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: arxiv.org.

Das MOA-Programm nutzt den Effekt der Lichtbeugung durch große Massen aus. Dies bedeutet, dass ein Stern oder Planet, der vor einer Lichtquelle im Hintergrund vorbeizieht, diese verstärkt. Mithilfe dieser Verstärkung kann man dann feststellen, was für ein Objekt das Licht verstärkt hat. Wenn man nun ein Planetensystem hat, gibt es in der aufgezeichneten Lichtkurve zwei Spitzenwerte für die Verstärkung. Einer wird vom Stern verursacht, einer von seinem Planeten. Im Blickfeld des MOA-Programms liegt insbesondere das Zentrum der Milchstraße (der sogenannte Bulge), in dem auch MOA-2009-BLG-319Lb entdeckt wurde.
In diesem Fall konnte man bereits einen Tag vor dem Maximum erkennen, dass hier ein Gravitationslinseneffekt zu beobachten ist. Dadurch gelang es, mit der Rekordanzahl von 20 Teleskopen aus aller Welt gleichzeitig das Planetensystem MOA-2009-BLG-319L zu beobachten. Nie zuvor wurde ein einzelner Exoplanet von so vielen unabhängigen Teleskopen beobachtet. Aufgezeichnet wurde dieses Ereignis am 20. Juni 2009, jetzt wurde die Analyse dazu veröffentlicht.

Aufgrund der großen Entfernung ist es bei Exoplaneten, die mit dieser Methode gefunden werden, meist nicht möglich, exakte Aussagen zu Stern und Planet zu treffen. Die einzige sichere Aussage ist das Verhältnis der Massen von Stern und Planet. Dieses kann durch die unterschiedlich große Verstärkung der Hintergrundquelle bestimmt werden. Hier ist der Stern 2.530-mal so schwer wie der Planet. In diesem Fall sind die weiteren Angaben relativ ungenau. Das Planetensystem liegt demnach in einer Entfernung von 19.900 Lichtjahren (mögliche Abweichung ca 4.000 Lichtjahre) zur Erde. Der Stern gehört entweder zur K- oder zur M-Spektralklasse, ist also kleiner als unsere Sonne. Seine Masse beträgt vermutlich 38% der Sonnenmasse, liegt aber mit Sicherheit im Bereich von 20% bis 72% der Sonnenmasse. Daraus folgt mit dem bekannten Massenverhältnis für den Planeten eine Masse von 26-94 Erdmassen, wahrscheinlich 50 Erdmassen. Damit ist MOA-2009-BLG-319Lb etwa halb so groß wie der Saturn.

Der gemessene Abstand von Stern und Planet liegt bei 2,4 Astronomischen Einheiten (Schwankungsbreite von 1,8 bis 3,6 AE). Da dieser Wert von den Massen abhängt, ist er ebenso unsicher wie die Masseangaben. Wenn man Gravitationslinsen nutzt, kann man keine weiteren Aussagen über den Orbit des Planeten machen, da man seine Bewegungsgeschwindigkeit nicht kennt und auch nur eine einzige Abstandsmessung durchführen kann. Aufgrund der großen Entfernung wird man in absehbarer Zeit keine weiteren Erkenntnisse über diesen Planeten gewinnen können, deshalb werden die vorliegenden Daten die einzigen bleiben. Offene Fragen wird man nicht klären können.

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• Exoplaneten-Thread

Der Beitrag Entfernter Exoplanet entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: Barbary et al..

Die Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ist ein Projekt zur Durchmusterung des Himmels und dient als Datenbank der Spektren der verschiedensten Objekte im Universum. Daran beteiligt sind die USA, Japan, Korea und Deutschland, ins Leben gerufen wurde es von der Alfred P. Sloan Foundation. In einer einzelnen Nacht werden im Rahmen der SDSS bis zu 200 Gigabyte an Daten gewonnen und in einer großen Datenbank gespeichert. Diese umfasst die verschiedensten Sternspektren, Daten über Braune Zwerge und Asteroiden und exotischere Erscheinungen wie Supernovae und Gravitationslinsen. Stoßen nun Astronomen bei ihrer Arbeit auf ein für sie unerklärliches Objekt, brauchen sie nur dessen Spektrum mit der SDSS abzugleichen, um seine Natur zu erkunden.

Dergleichen versuchte kürzlich ein Forscherteam um Kyle Barbary von der University of California. Am 21. Februar 2006 hatte das Hubble-Teleskop im Rahmen des Cluster Supernova Survey – einer Himmelsdurchmusterung nach Sternexplosionen – eine Erscheinung im Sternbild Bärenhüter bzw. Bootes beobachtet. Es kam zum Aufleuchten eines bisher unbekannten Objekts, das etwa 100 Tage bis zur maximalen Helligkeit benötigte. Schließlich erreichte es Magnitude 21, ein Vielfaches seiner ursprünglichen Helligkeit, denn bisher hatte man es überhaupt nicht von der Erde aus wahrgenommen. Das Aufleuchten beschränkte sich auf zwei Farben im Nahinfrarot-Bereich.

Die Wissenschaftler schreiben in ihrer demnächst im Astrophysical Journal veröffentlichten Arbeit zu ihrer Ausgangssituation: „Der Anstieg der Helligkeit über etwa 100 Tage schien inkonsistent zu allen bisher beobachteten Supernova-Typen und auch seine spektroskopischen Eigenschaften konnten nicht mit bekannten Erscheinungen erklärt werden.“

Kyle und sein Team versuchten daraufhin, den Ursprung des Objekts mit Hilfe unseres Wissens über stellare Ereignisse zu erklären. So verglichen sie die Charakteristik der von Hubble aufgezeichneten Lichtkurve mit der umfassenden Datenbank der SDSS – ohne Erfolg. Auch der Versuch, die Position der Erscheinung einer bekannten Galaxie zuzuordnen, misslang.

Eine Abstandsbestimmung stellte sich ebenso als schwieriges Unterfangen heraus. So wurde versucht während der Leuchtzeit – erfolglos – fotometrisch eine Bewegung festzustellen. Hätte es sich in dieser Zeit gegenüber anderen Fixsternen bewegt, wäre es weniger als 130 Lichtjahre von uns entfernt und eine Parallaxenmessung wäre möglich gewesen. Absorptionslinien von kosmischem Wasserstoff können ebenfalls ein Anhaltspunkt für die Entfernung sein. Ihr Fehlen deuten die Forscher damit, dass das Objekt nicht weiter als 11 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist.

Zuletzt überprüfte Barbarys Team die nicht auszuschließende Möglichkeit einer Gravitationslinse: Eine Galaxie mit großer Masse bewegt sich zwischen ein weit entferntes Objekt geringer Leuchtkraft und die Erde. Die Gravitation bewirkt eine „Bündelung“ der ankommenden Strahlung und das Objekt, das zuvor kaum zu sehen war, erscheint nun mit einem Vielfachen seiner normalen Leuchtkraft. Jedoch mussten die Forscher auch diese Möglichkeit verwerfen.
Zusammenfassend stellen Barbary und sein Team fest, dass sie die Erscheinung mit keinem bekannten Phänomen vergleichen können: Es befindet sich in keiner bekannten Galaxie, ist kein bekannter Typ einer Supernova und wurde uns auch nicht durch den Gravitationslinseneffekt kurzfristig vergrößert. Zudem befindet sich das Objekt in einer Entfernung zwischen 11 Milliarden und 130 Lichtjahren zu uns, was definitiv keine ausreichende Einschränkung darstellt. So ist die Hauptaussage der Veröffentlichung durchaus berechtigt, wonach so eine Leuchterscheinung wohl bisher nicht gesehen wurde und in Zukunft als eigenständige Objektklasse geführt werden muss.

Eine laufende Diskussion zum Thema finden Sie in unserem Forum Raumcon.

Der Beitrag Unbekannt: Das einsame Leuchten im Bärenhüter erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: Caltech News Release.

Teamleiter Richard Ellis, Professor für Astronomie am California Institute of Technology (Caltech), präsentierte am 11. Juli bei der Konferenz „From IRAS to Herschel and Planck“ bei der Geological Society in London Bilder dieser weit entfernten, lichtschwachen Objekte.

Wenn Licht von weit entfernten Objekten ein Gravitationsfeld von uns wesentlich näher gelegenen Objekten mit hoher Masse passiert, dann profitieren wir von einem Effekt, den man als „Gravitationslinse“ bezeichnet: Die Lichtstrahlen werden gebündelt und verstärkt. Mit einer erstmals erprobten Technik nutzte die vom Caltech geführte Forschergruppe bewusst große Ansammlungen von Galaxien als Gravitationslinsen für eine Serie von Beobachtungskampagnen. Sie suchten Objekte, die so weit weg waren, dass sie mit normalen Methoden nicht entdeckt werden können. Dafür verwendeten sie das 10-Meter-Teleskop Keck II auf dem Vulkan Mauna Kea auf Hawaii.

Ellis erklärt: „Gravitationslinsen bewirken die Vergrößerung entfernter Strukturen durch Vordergrundstrukturen. Indem wir durch sorgfältig ausgesuchte Galaxienhaufen hindurch sahen, haben wir sechs sternbildende Galaxien in bisher unerreichten Entfernungen entdeckt. Zu der Zeit, als sie dieses Licht ausstrahlten, war das Universum erst 500 Millionen Jahre alt, das heißt, es hatte erst weniger als vier Prozent seines jetzigen Alters erreicht.“

Man nimmt an, dass das Universum nach seinen ersten 300.000 Jahren eine Phase erreichte, in der noch keine Sterne existierten. Kosmologen nennen diese Phase daher auch das „Dunkle Zeitalter“. Den Moment der „kosmischen Dämmerung“ möglichst genau einzugrenzen, als die ersten Sterne und Galaxien sich bildeten und das Universum erhellten, ist eine der Hauptfragen der Sternenbeobachtung und bildet mit eine der Motivationen, zukünftige gewaltige Teleskope wie das 30-Meter-Teleskop des Caltech zu bauen oder auch das James-Webb-Weltraumteleskop.

Die neue Suche ist die Kulmination von drei Jahren peinlich genauer Beobachtungen im Rahmen der Dissertation des Caltech-Doktoranden Dan Stark. „Mit Keck II haben wir sechs Galaxien entdeckt, deren Lichtsignale durch den Vergrößerungseffekt einer Vordergrundstruktur um mehr als das 20fache verstärkt wurden. Dass wir so viele entfernte Galaxien in unserem kleinen Beobachtungsbereich finden konnten, lässt vermuten, dass diese sehr zahlreich sind. Wir schätzen, dass der kombinierte Strahlungsausstoß dieser Sternpopulation ausgereicht haben könnte, die Wasserstoffatome jener Zeit zu ionisieren und damit das ´Dunkle Zeitalter´ zu beenden“, erläuterte Stark.

Definitiv zu beweisen, dass jedes der sechs Objekte sich eindeutig in so großer Entfernung befindet (und damit tatsächlich zu so früher Zeit beobachtet wurde), ist allerdings kaum möglich, selbst mit den mächtigsten Instrumenten. „Wie bei aller Arbeit an den Grenzen der Leistungsfähigkeit könnten Skeptiker weitere Beweise fordern, dass die mit Keck beobachteten Objekte wirklich so weit entfernt sind“, gab Ellis zu. Allerdings führten Ellis und Stark seit ihrer ursprünglichen Entdeckung vor einem Jahr etliche Checks durch (die sie in ihrem veröffentlichten wissenschaftlichen Artikel näher beschrieben haben). Zudem weisen sie auf bestätigende Hinweise aus anderen Untersuchungen hin, die sich mit Galaxien befassen, die nur wenig jünger sind als die sechs von ihnen entdeckten.

„Aus Messungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop von Galaxien, die etwa 300 bis 500 Millionen Jahre später entstanden, können wir ableiten, dass im Universum in diesen frühen Zeiten schon jede Menge Sternbildungsvorgänge abliefen“, erklärt Stark. „Die Galaxien zu dieser Zeit zeigen verräterische Anzeichen, dass sie bereits über alte Sterne verfügten (publiziert in früheren Arbeiten von Ellis, Stark und dem englischen Wissenschaftler Andrew Bunker). Um schon alte Sterne aufzuweisen, muss es aber schon früher Sternbildungsaktivität gegeben haben, sehr wahrscheinlich in den noch früheren Galaxien, die wir nun entdeckt haben.“

Ebenfalls in Verbindung mit der Studie von Ellis und Stark steht der Caltech-Dozent Johan Richard, der eine ähnliche, aber unabhängige Untersuchung vergrößerter Galaxien mit den Teleskopen Hubble und Spitzer leitet. Obwohl dieses Werk noch nicht abgeschlossen ist, unterstützen seine vorläufigen Ergebnisse die Schlussfolgerungen der Keck II-Untersuchung. Ferner nahmen von europäischer Seite Jean-Paul Kneib vom Astrophysik-Labor aus Marseilles und Graham Smith von der Universität Birmingham teil.

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Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: ESO. Vertont von Dominik Mayer.

Bisher sind 170 extrasolare Planeten entdeckt worden, die meisten von ihnen sind Gasriesen wie Jupiter, die sich sehr nah an ihrem Heimatstern befinden. Die Mehrheit der Planeten wurde entdeckt, weil diese ihren Stern zum „Wackeln“ bringen (Wobble-Effekt).

Der neue Planet wurde dagegen durch die Microlensing-Methode entdeckt, die auch für die Entdeckung von Planeten in weit entfernten Systemen geeignet ist. Microlensing erfolgt, wenn sich ein Stern zwischen einem Betrachter und einem anderen Stern vorbei schiebt. Die Gravitation des Sterns im Vordergrund verstärkt für kurze Zeit die Leuchtkraft des Hintergrundsterns. Wenn der vordere Stern einen Planeten besitzt, verursacht dieser einen deutlichen Helligkeitsunterschied.

Im April 2005 beobachtete das OGLE Team ein helles Microlensing Ereignis im Zentrum der Milchstraße. Zwei weitere Teams, das Microlensing Follow-up Network (MicroFUN) und das RoboNet beteiligten sich mit insgesamt fünf Teleskopen in Neuseeland, Chile und den USA.

Analysen der fast 1500 Bilder ergaben, dass der Vordergrundstern etwa halb so groß ist wie die Sonne und einen Planeten von der Größe des Neptun mit sich führt. Der Planet umkreist den Stern in einer Entfernung von 2,7 Astronomischen Einheiten (1AE = Entfernung Erde-Sonne) und daher vermuten Wissenschaftler eine Oberflächentemperatur von minus 200 Grad Celsius.

Ein weiterer Planet wurde durch Microlensing entdeckt, was andeutet, dass diese Planeten sehr häufig sind. Beide Planeten wurden bei sechs beobachteten Microlensing-Ereignissen gefunden, was darauf hinweist, dass möglicherweise ein Drittel aller Sterne einen neptunähnlichen Planeten besitzt.

Die Astronomen konnten zusätzlich bestätigen, dass in dem neu entdeckten Planetensystem keine jupiterähnlichen Planeten vorkommen. „Es ist das erste Mal, dass wir Gasriesen ausschließen können – es gibt nur einen Neptun, der das System dominiert,“ sagt Andrew Gould von der Ohio State University, Teamleiter des MicroFUN Projekts.

Das Fehlen von jupiterähnlichen Planeten bedeutet, dass es für deren Entstehung wahrscheinlich nicht genug Materie während der Entstehung des Planetensystems gab. In diesem Fall ist der entdeckte Planet wahrscheinlich eine größere Version der Erde aus Fels und Eis und ohne dichte Atmosphäre.

„Die Tatsache, dass vergleichsweise viele neptunartige Planeten gefunden wurden ist sicherlich bemerkenswert – sie könnten tatsächlichen häufig sein“, sagt Planetenjäger Andrew Collier Cameron von der St. Andrews University. Er hält Microlensing für eine aussichtsreiche Methode, einen Zensus der Exoplaneten in unserer Galaxie und vielleicht auch darüber hinaus durchzuführen.

In einem Jahr hofft Gould auf den Start eines ehrgeizigen Projekts zur Suche nach Exoplaneten in der 2,5 Millionen Lichtjahre entfernten Andromeda Galaxie.

Der Beitrag Gravitationslinse verrät Exoplaneten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: Hubble. Vertonz von Dominik Mayer.

2003 hatte ein Team vom Sternberg Astronomical Institute in Moskau unter der Leitung von Michail Sazhin weit entfernt zwei in geringer Entfernung voneinander befindliche, elliptische Galaxien entdeckt. Detaillierte Untersuchungen der Zwillinge mit der Bezeichnung CSL-1 hatten seinerzeit ergeben, dass es sich womöglich um Abbilder der gleichen Galaxie handele.

Das Team hatte vermutet, dass das Doppelbild durch einen kosmischen String verursacht wurde, ein gigantisches Gegenstück zu den Einheiten, welche von der Stringtheorie postuliert werden und aus denen die fundamentalen Teilchen des Universums bestehen.

Die Entdeckung eines solchen Strings würde die Beweislage für die Stringtheorie um einiges stärken und direkte Hinweise auf zusätzliche Dimensionen liefern. Sollte sich einer dieser kosmischen Strings zwischen der Erde und einer entfernten Galaxie hindurch bewegen, würde die Verzerrung der Raumzeit eine Gravitationslinse bilden und zwei identische Abbilder einer Galaxie, genau wie bei CSL-1, erzeugen.
Zum Unglück der Befürworter der kosmischen Strings haben sich die Galaxien von CSL-1 durch die Beobachtungen von Hubble am 12. Januar allerdings als zwei unterschiedliche Galaxien herausgestellt:

„Wir müssen konstatieren, dass es sich bei CSL-1 nicht um ein Spiegelbild einer elliptischen Galaxie durch einen kosmischen String handelt,“ sagte Sazhin.

„Es ist schon etwas traurig,“ äußerte sich Tom Kibble vom Imperial College London dazu. Er ist einer der Pioniere der Theorie der kosmischen Strings.

Der Beitrag Kein ersehnter Beweis für die String-Theorie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.