Quelle: 12. Oktober 2022. Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.

Cambridge, Mass. – Im Oktober 2018 wurde ein kleiner Stern in Stücke gerissen, als er zu nahe an einem Schwarzen Loch in einer Galaxie in 665 Millionen Lichtjahren Entfernung von der Erde vorbeizog. Auch wenn es aufregend klingen mag, kam das Ereignis für Astronomen, die beim Scannen des Nachthimmels gelegentlich Zeugen solcher gewalttätigen Vorfälle werden, nicht überraschend.

Doch fast drei Jahre nach dem Massaker erhellt dasselbe Schwarze Loch den Himmel erneut – und es hat nichts Neues verschluckt, sagen die Wissenschaftler. „Das hat uns völlig überrascht – niemand hat so etwas je zuvor gesehen“, sagt Yvette Cendes, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) und Hauptautorin einer neuen Studie, die das Phänomen analysiert.

Das Team kommt zu dem Schluss, dass das Schwarze Loch nun Material ausstößt, das sich mit halber Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, ist sich aber nicht sicher, warum der Ausfluss um mehrere Jahre verzögert wurde. Die Ergebnisse, die diese Woche im Astrophysical Journal veröffentlicht wurden, könnten den Wissenschaftlern helfen, das Fressverhalten von Schwarzen Löchern besser zu verstehen, das Cendes mit dem „Rülpsen“ nach einer Mahlzeit vergleicht.

Das Team entdeckte den ungewöhnlichen Ausbruch bei der Überprüfung von Gezeitenstörungen (TDEs) – wenn eindringende Sterne von Schwarzen Löchern zerstückelt werden -, die in den letzten Jahren aufgetreten sind. Radiodaten des Very Large Array (VLA) in New Mexico zeigten, dass das Schwarze Loch im Juni 2021 auf mysteriöse Weise wieder aufgetaucht war. Cendes und sein Team beeilten sich, das Ereignis genauer zu untersuchen.

Wir beantragten „Director’s Discretionary Time“ für mehrere Teleskope, denn wenn man etwas so Unerwartetes findet, kann man nicht auf den normalen Zyklus der Teleskopanträge warten, um es zu beobachten“, erklärt Cendes. „Alle Anträge wurden sofort angenommen.“ Das Team sammelte Beobachtungen des TDE, das den Namen AT2018hyz trägt, in verschiedenen Wellenlängen des Lichts mit Hilfe des VLA, des ALMA-Observatoriums in Chile, des MeerKAT in Südafrika, des Australian Telescope Compact Array in Australien sowie des Chandra X-Ray Observatoriums und des Neil Gehrels Swift Observatoriums im Weltraum. Die Radiobeobachtungen der TDE erwiesen sich als am auffälligsten.

„Wir untersuchen TDEs seit mehr als einem Jahrzehnt mit Radioteleskopen und stellen manchmal fest, dass sie in Radiowellen leuchten, wenn sie Material ausspucken, während der Stern zunächst von dem Schwarzen Loch verschlungen wird“, sagt Edo Berger, Professor für Astronomie an der Harvard University und am CfA und Mitautor der neuen Studie. „Aber bei AT2018hyz herrschte in den ersten drei Jahren Funkstille, und jetzt leuchtet er dramatisch auf und wird zu einem der am stärksten im Radio leuchtenden TDEs, die je beobachtet wurden.“

Sebastian Gomez, Postdoktorand am Space Telescope Science Institute und Mitautor der neuen Arbeit, sagt, dass AT2018hyz im Jahr 2018 „unauffällig“ war, als er es zum ersten Mal mit Teleskopen für sichtbares Licht untersuchte, darunter das 1,2-Meter-Teleskop am Fred Lawrence Whipple Observatory in Arizona. Gomez, der damals zusammen mit Berger an seiner Doktorarbeit arbeitete, berechnete anhand theoretischer Modelle, dass der vom Schwarzen Loch zerrissene Stern nur ein Zehntel der Masse unserer Sonne hatte. „Wir haben AT2018hyz mehrere Monate lang im sichtbaren Licht beobachtet, bis er verblasste, und ihn dann aus unserem Gedächtnis gelöscht“, sagt Gomez.

TDEs sind dafür bekannt, dass sie Licht emittieren, wenn sie auftreten. Wenn sich ein Stern einem Schwarzen Loch nähert, beginnen die Gravitationskräfte, den Stern zu dehnen oder zu spaghettisieren. Schließlich dreht sich das gedehnte Material spiralförmig um das Schwarze Loch und erhitzt sich, wodurch ein Lichtblitz entsteht, den Astronomen noch aus Millionen von Lichtjahren Entfernung erkennen können. Gelegentlich wird etwas spaghettiertes Material zurück ins All geschleudert. Astronomen vergleichen dies mit schwarzen Löchern, die unordentliche Esser sind – nicht alles, was sie zu verzehren versuchen, schafft es in ihren Mund. Aber die Emission, die als Ausfluss bekannt ist, entwickelt sich normalerweise schnell nach dem Auftreten einer TDE – nicht erst Jahre später. „Es ist, als ob dieses Schwarze Loch plötzlich anfängt, einen Haufen Material von dem Stern, den es vor Jahren verschlungen hat, auszuspucken“, erklärt Cendes. In diesem Fall sind die Rülpser gewaltig.

Der Ausfluss von Material bewegt sich mit bis zu 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Zum Vergleich: Die meisten TDEs haben einen Ausfluss, der sich mit 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, sagt Cendes. „Dies ist das erste Mal, dass wir eine so lange Verzögerung zwischen dem Einströmen und dem Ausströmen beobachten konnten“, sagt Berger. „Der nächste Schritt besteht darin, zu untersuchen, ob dies tatsächlich häufiger vorkommt und wir uns TDEs einfach nicht spät genug in ihrer Entwicklung angesehen haben.“

Weitere Co-Autoren der Studie sind Kate Alexander und Aprajita Hajela von der Northwestern University; Ryan Chornock, Raffaella Margutti und Daniel Brethauer von der University of California, Berkley; Tanmoy Laskar von der Radboud University; Brian Metzger von der Columbia University; Michael Bietenholz von der York University und Mark Wieringa von der Australia Telescope National Facility.

Über das Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian

Das Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian ist eine Zusammenarbeit zwischen Harvard und dem Smithsonian mit dem Ziel, die größten ungelösten Fragen der Menschheit über die Natur des Universums zu stellen und letztendlich zu beantworten. Das Center for Astrophysics hat seinen Hauptsitz in Cambridge, MA, und verfügt über Forschungseinrichtungen in den USA und der ganzen Welt.

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• Schwarze Löcher

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Quelle: Universität Waterloo; 16. August 2022.

Simulationen sagten voraus, dass sich hinter dem diffusen orangefarbenen Leuchten ein dünner, heller Lichtring verbergen sollte, der von Photonen erzeugt wird, die durch die starke Schwerkraft um die Rückseite des Schwarzen Lochs geschleudert werden.

Ein Forscherteam unter der Leitung des Astrophysikers Avery Broderick verwendete ausgeklügelte Bildgebungsalgorithmen, um die Originalbilder des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 im Wesentlichen „neu zu mastern“.

„Wir haben die Scheinwerfer ausgeschaltet, um die Glühwürmchen zu sehen“, so Broderick, der am Perimeter Institute und an der University of Waterloo lehrt. „Wir konnten etwas Tiefgreifendes tun – wir konnten eine fundamentale Signatur der Schwerkraft um ein Schwarzes Loch herum auflösen.“

Indem man Elemente des Bildmaterials im Wesentlichen „abschält“, so Mitautor Hung-Yi Pu, Assistenzprofessor an der National Taiwan Normal University, „kann man die Umgebung des Schwarzen Lochs klar erkennen.“

Um dies zu erreichen, setzte das Team einen neuen Bildgebungsalgorithmus innerhalb des Event Horizon Telescope (EHT)-Analysesystems THEMIS ein, um das ausgeprägte Ringmerkmal aus den ursprünglichen Beobachtungen des Schwarzen Lochs M87 zu isolieren und zu extrahieren – und um den verräterischen Fußabdruck eines starken Jets zu erkennen, der vom Schwarzen Loch nach außen schießt.

Die Ergebnisse der Forscher bestätigen sowohl theoretische Vorhersagen als auch neue Wege zur Erforschung dieser mysteriösen Objekte, von denen man annimmt, dass sie sich im Herzen der meisten Galaxien befinden.

Schwarze Löcher galten lange Zeit als unsichtbar, bis Wissenschaftler sie mit einem weltumspannenden Netz von Teleskopen, dem EHT, aus ihrem Versteck lockten. Mit Hilfe von acht Observatorien auf vier Kontinenten, die alle auf dieselbe Stelle am Himmel gerichtet und mit Nanosekunden-Taktung miteinander verbunden sind, beobachteten die EHT-Forscher 2017 zwei Schwarze Löcher.

Die EHT-Kollaboration enthüllte 2019 zunächst das supermassive Schwarze Loch in M87 und dann 2022 das vergleichsweise kleine, aber turbulente Schwarze Loch im Herzen unserer eigenen Milchstraßengalaxie, das Sagittarius A* (oder Sgr A*) genannt wird. Supermassive schwarze Löcher befinden sich im Zentrum der meisten Galaxien und vereinen eine unglaubliche Menge an Masse und Energie auf kleinem Raum. Das Schwarze Loch M87 zum Beispiel ist zwei Billiarden Mal (das ist eine Zwei gefolgt von 15 Nullen) massereicher als die Erde.

Das Bild von M87, das die Wissenschaftler 2019 vorstellten, war ein Meilenstein, aber die Forscher waren der Meinung, dass sie das Bild schärfen und neue Erkenntnisse gewinnen könnten, wenn sie intelligenter und nicht härter arbeiten würden. Sie wendeten neue Softwaretechniken an, um die ursprünglichen Daten aus dem Jahr 2017 zu rekonstruieren, um nach Phänomenen zu suchen, die nach Theorien und Modellen unter der Oberfläche lauern sollten. Das neue, resultierende Bild zeigt den Photonenring, der aus einer Reihe von immer schärferen Unterringen besteht, die das Team dann übereinanderlegte, um das vollständige Bild zu erhalten.

„Der Ansatz, den wir verfolgten, bestand darin, unser theoretisches Verständnis davon, wie diese schwarzen Löcher aussehen, zu nutzen, um ein maßgeschneidertes Modell für die EHT-Daten zu erstellen“, sagte Dominic Pesce, ein Teammitglied am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. „Dieses Modell zerlegt das rekonstruierte Bild in die beiden Teile, die uns am meisten interessieren, so dass wir beide Teile einzeln untersuchen können, anstatt sie miteinander zu vermischen.“

Das Ergebnis war möglich, weil der EHT im Kern ein „Recheninstrument“ ist, so Broderick, der den Delaney Family John Archibald Wheeler Chair am Perimeter innehat. „Es ist genauso abhängig von Algorithmen wie von Stahl. Modernste algorithmische Entwicklungen haben es uns ermöglicht, wichtige Merkmale des Bildes zu untersuchen und den Rest in der nativen Auflösung des EHT darzustellen.“

Die Ergebnisse der Forscher wurden am 16. August in The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Kontakt
Ryon Jones
Universität von Waterloo
rnjones@uwaterloo.ca

Mike Braun
Perimeter-Institut für Theoretische Physik
mbrown@perimeterinstitute.ca

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• Schwarze Löcher

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astrophysik.

24. März 2022 – Mit Hilfe der hochmodernen kosmologischen Simulation Thesan hat ein internationales Team von Wissenschaftlern das frühe Universum simuliert, als die ersten Sterne zu leuchten begannen. Durch die Kombination eines Modells der Galaxienentstehung mit der Interaktion von Sternenlicht mit Gas und Staub liefern die Simulationen ein Bild der kosmischen Reionisierung mit dem höchsten Detailreichtum und über das größte Raumvolumen, das je erstellt wurde.

Alles begann vor etwa 13,8 Milliarden Jahren mit dem „Urknall“. Bald darauf wurde das junge Universum kalt und dunkel – zumindest bis einige hundert Millionen Jahre später die Schwerkraft genug Materie zu den ersten Sternen und Galaxien zusammengeballt hatte. Das Licht dieser ersten Sterne erwärmte das umgebende Gas und verwandelte es in ein heißes, ionisiertes Plasma – eine wichtige Phase, die als „kosmische Reionisation“ bekannt ist und zu der komplexen Struktur führte, die wir heute im Universum sehen.

Mit einer neuen Simulation namens Thesan, die gemeinsam von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA), des MIT und der Harvard University entwickelt wurde, können Wissenschaftler nun einen detaillierten Blick darauf werfen, wie sich das Universum während dieser entscheidenden Periode entwickelt haben könnte. Thesan, benannt nach der etruskischen Göttin der Morgenröte, soll die „kosmische Morgendämmerung“ und insbesondere die kosmische Reionisation simulieren. Die Rekonstruktion dieses Zeitraums ist eine große Herausforderung, da es sich dabei um äußerst komplizierte, chaotische Wechselwirkungen handelt, unter anderem zwischen Schwerkraft, Gas und Strahlung.

„Andere Simulationen konnten bisher nicht nachvollziehen, wie Galaxien das sie umgebende Gas im jungen Universum beeinflussen“, erklärt MPA-Wissenschaftler Enrico Garaldi seine Motivation, seit drei Jahren an diesem Projekt mitzuarbeiten. „Jetzt, nach all dieser Arbeit, freue ich mich, sagen zu können, dass Thesan die erste Simulation ist, die quantitativ erklärt, wie die ersten Galaxien das Gas in ihrer Umgebung verändern.“

Die Thesan-Simulation berechnet diese Wechselwirkungen mit der höchsten Detailgenauigkeit und über das größte Volumen aller bisherigen Simulationen. Dazu kombiniert sie ein realistisches Modell der Galaxienbildung mit einem Algorithmus, der die Wechselwirkung zwischen Licht und Gas verfolgt, sowie mit einem Modell für kosmischen Staub. Thesan hat einen Umfang von 300 Millionen Lichtjahren und simuliert eine Milliarde Jahre in der Entwicklung des Universums.

Bisher stimmen die Simulationen mit den wenigen Beobachtungen überein, die Astronomen vom frühen Universum haben. In dem Maße, in dem mehr Beobachtungen aus dieser Zeit gemacht werden, zum Beispiel mit dem kürzlich gestarteten James-Webb-Weltraumteleskop, kann Thesan dazu beitragen, diese Beobachtungen in den kosmischen Kontext einzuordnen.

„Thesan fungiert als Brücke zum frühen Universum“, sagt Aaron Smith, ein NASA-Einstein-Fellow am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research des MIT. „Es soll als Simulation ein ideales Gegenstück für kommende Beobachtungseinrichtungen sein, die unser Verständnis des Kosmos grundlegend verändern werden.“

Um die kosmische Reionisation vollständig zu simulieren, versuchte das Team, so viele wichtige Bestandteile des frühen Universums wie möglich einzubeziehen. Sie starteten mit einem erfolgreichen Modell der Galaxienentstehung, das ihre Gruppen zuvor entwickelt hatten, Illustris-TNG. Dann entwickelten sie einen neuen Algorithmus, der berücksichtigt, wie das Licht von Galaxien und Sternen mit dem umgebenden Gas interagiert und dieses reionisiert.

„Thesan verfolgt, wie das Licht dieser ersten Galaxien in den ersten Milliarden Jahren mit dem Gas wechselwirkt und das Universum von neutral zu ionisiert umwandelt“, sagt Rahul Kannan vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. „Auf diese Weise können wir dem Reionisierungsprozess automatisch folgen.“ Schließlich erstellte das Team ein Modell für den kosmischen Staub und erhielt so ein Bild mit einzigartiger Genauigkeit für das frühe Universum. Dieses Modell soll beschreiben, wie winzige Materiekörnchen die Entstehung von Galaxien im frühen, dünn besiedelten Universum beeinflussen.

Nachdem das Team somit alle Bestandteile für die Simulation beisammen hatte, entwickelte es diese Bedingungen in der Zeit vorwärts und simulierte einen Ausschnitt des Universums. Dazu nutzten die Wissenschaftler den SuperMUC-NG am LRZ in Deutschland – einen der größten Supercomputer der Welt. 60.000 Rechenkerne führten hier gleichzeitig die Berechnungen von Thesan durch, was 30 Millionen CPU-Stunden entspricht (auf einem einzelnen Desktop-Rechner hätte dies 5.700 Jahre gedauert).

Die Simulationen ergeben das detaillierteste Bild der kosmischen Reionisierung über das größte Volumen des Weltraums aller existierenden Simulationen. Einige dieser Simulationen modellieren zwar große Entfernungen, aber mit relativ geringer Auflösung, während andere, detailliertere Simulationen keine großen Volumina abdecken.

„Wir haben diese Simulation nicht nur entwickelt, um selbst das frühe Universums besser zu verstehen, sondern für die gesamte Forschungsgemeinschaft“, betont Garaldi. „Deshalb werden wir bald die Simulationsdaten veröffentlichen, damit alle sie nutzen können! Die Simulation ist so reichhaltig und komplex, dass wir viele, viele Jahre brauchen würden, um sie vollständig zu analysieren.“

Originalveröffentlichungen

1. R. Kannan, E. Garaldi, A. Smith, R. Pakmor, V. Springel, M. Vogelsberger, L. Hernquist
   Introducing the thesan project: radiation-magnetohydrodynamic simulations of the epoch of reionization
   MNRAS, Volume 511, Issue 3, April 2022, Pages 4005–4030
   Source: https://arxiv.org/abs/2110.00584
2. Enrico Garaldi, Rahul Kannan, Aaron Smith, Volker Springel, Rüdiger Pakmor, Mark Vogelsberger, Lars Hernquist
   The thesan project: properties of the intergalactic medium and its connection to reionization-era galaxies
   Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 14 February 2022
   Source: https://arxiv.org/abs/2110.01628
3. A. Smith, R. Kannan, E. Garaldi, M. Vogelsberger, R. Pakmor, V. Springel, L. Hernquist
   The thesan project: Lyman-α emission and transmission during the Epoch of Reionization
   MNRAS, 24 March 2022
   Source: https://arxiv.org/abs/2110.02966

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• Galaxien – Entstehung und Entwicklung

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Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: Welt.de/Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.

Die Wissenschaftler nahmen bei ihrer Auswertung so genannte Rote Zwerge unter die Lupe, die am häufigsten vorkommende Sternenart im Universum. Dabei stellten sie bei den bisher von Kepler untersuchten Systemen mit Roten Zwergen 95 Planetenkandidaten fest. Drei davon werden als erdähnlich angesehen mit einer Oberflächentemperatur, die flüssiges Wasser ermöglicht. Weiterhin gingen sie davon aus, dass Kepler nicht alle Planeten beobachten konnte, weil die Transitmethode nur solche Planeten erfasst, die direkt vor dem Stern herziehen. Bringt man dies in Zusammenhang mit der schieren Zahl der Roten Zwerge sowie der Berechnung, dass sechs Prozent aller Roten Zwerge Planeten besitzen, kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der nächste bewohnbare Planet vielleicht nur 13 Lichtjahre entfernt ist. In kosmischen oder auch nur galaktischen Maßstäben ist das ein Katzensprung.

Allerdings gibt es bei Planetensystemen von Roten Zwergen noch eine kleine Schwierigkeit. Planeten, die flüssiges Wasser und damit Leben ermöglichen, müssten in solchen Systemen recht nahe am Stern stehen, da Rote Zwerge eine niedrige Oberflächentemperatur aufweisen. Dadurch kommt es zwischen Stern und Planet zu einer gravitativen Bindung, was dazu führt, dass der Planet seinem Stern immer die gleiche Seite zuwendet. Daraus resultieren große Temperaturunterschiede auf dem Planeten, was wiederum zu heftigen Ausgleichsströmungen führen kann, insbesondere an der Tag-Nacht-Grenze.

Für die Wissenschaftler ist dies kein Problem. Ozeane oder dichte Atmosphären könnten dennoch zu einer weitgehend homogenen Temperaturverteilung führen. Weiterhin verweisen sie darauf, dass Rote Zwerge eine höhere Lebensdauer haben als Sterne anderer Spektralklassen. Damit hätte das Leben viel länger Zeit, sich zu entwickeln und auch bei ungünstigeren Bedingungen als auf der Erde Fuß zu fassen.

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• Exoplaneten
• Exoplaneten in habitabler Zone

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA, Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.

Der NASA-Satellit Kepler ist ein Weltraumteleskop, welches seine Optik ständig auf eine bestimmte Region in den Sternbildern Schwan und Leier gerichtet hat und dort die Helligkeiten von mehr als 150.000 Sternen überwacht. Werden regelmäßige Schwankungen in der Helligkeit festgestellt, so werden diese darauf untersucht, ob sie durch einen vor dem Stern vorbeiziehenden Planeten verursacht werden können oder durch andere astronomische Ereignisse wie Doppelsterne, Sonnenflecken oder veränderliche Sterne hervorgerufen werden. Wurde ein nicht ausgesiebtes Signal mehrfach gemessen, so kommt ein Planet auf die Kandidatenliste. Die Stärke der Helligkeitsschwankung lässt Aussagen über die Größe des Planeten zu, die Zeit zwischen zwei Ereignissen ist die Umlaufzeit. Aus der recht gut zu berechnenden Masse des Sterns lässt sich dann der Bahnradius berechnen.

Die Messungen begannen im Mai 2009 und wurden seitdem kontinuierlich fortgeführt. Nach nur 43 Tagen hatte man bereits eine Liste von 706 Kandidaten. Im Februar vergangenen Jahres wurde die erste Langzeitauswertung veröffentlicht, in der 2.321 Planetenkandidaten enthalten waren. Die neue Zahl von insgesamt 2.740 Kandidaten bezieht sich auf einen Zeitraum von rund 22 Monaten vom Mai 2009 bis zum März 2011. Damit werden nur Planeten erfasst, derem Umlaufzeit unter 600 Tagen liegt, die also ihren Stern auf vergleichsweise engen Bahnen umlaufen.

Darunter finden sich nun 351 Kandidaten mit einer Größe, die der der Erde recht nahe kommt. Ihr Radius liegt zwischen 80 und 125% des Erdradius. Dies ist der insgesamt größte Zuwachs in den einzelnen Gruppen, nämlich um 43%. Die Anzahl der vermuteten sogenannten Supererden (bis 2-facher Erdradius) liegt nun bei 816 (21% Zuwachs), die der neptunähnlichen (bis 6-facher Erdradius) bildet mit 1.290 Kandidaten weiterhin die größte Gruppe. Jupiterähnliche Planeten (bis 15 Erdradien) vermutet man 202 und noch größere Gasriesen 81. Fast die Hälfte der Planeten umläuft ihren Stern gemeinsam mit einem oder mehreren weiteren Satelliten.

Man hat mittlerweile durch Vergleiche mit der vorherigen Studie sowie Computersimulationen auch weitere Erkenntnisse gewonnen. So entstanden offenbar sowohl um sonnenähnliche Sterne als auch um Zwergsterne kleinere und mittelgroße Planeten gleichermaßen. Lediglich die Entstehung von Gasriesen setzt offenbar auch einen großen Stern voraus. Erdähnliche Planeten sind nicht selten sondern existieren bei mindestens 17% der Sterne unserer Galaxie. Kepler erfasst ja nur die Planeten, welche die Sichtlinie von uns zu dem jeweiligen Stern kreuzen. Hochrechnungen ergeben damit eine weit höhere Zahl an Planetensystemen und Planeten in der beobachteten Region und im Rest unserer Milchstraße.

Mittlerweile wurden 105 Kandidaten durch unabhängige Messungen anderer Astronomen mit anderen Techniken bestätigt. Hier ist vor allem die Radialgeschwindigkeitsmethode zu nennen. Dabei zieht ein umlaufender Planet seinen Stern auch immer ein wenig in seine Richtung, so dass der Stern eine Schlingerbewegung ausführt, wie etwa ein Hammerwerfer beim Schwungholen. Dadurch kommt der Stern einmal auf uns zu und bewegt sich dann wieder von uns weg. Diese geringen Geschwindigkeitsunterschiede kann man durch Rot- oder Blauverschiebung von Spektrallinien heute bereits recht genau messen. Daraus lassen sich ebenfalls Umlaufzeit und Bahnradius berechnen. Zusätzlich bekommt man aber auch noch eine Vorstellung von der Masse des Planeten.

Schwierig wird es, wenn mehrere Planeten denselben Stern umlaufen, da sich dadurch mehrere Schlingerbewegungen überlagern. Durch Computeranalysen bekommt man aber auch dies heraus, so dass die Bestätigungen recht sicher sind.

In den kommenden Jahren wird Kepler auch Planetenkandidaten entdecken, deren Umlaufzeit über 600 Tagen liegt. In unserem Sonnensystem gibt es 8 Planeten, nur bei vier davon liegt die Umlaufzeit unter 600 Tagen. Man kann also noch auf eine Fülle von Neuentdeckungen gefasst sein.

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• Kepler
• Exoplaneten-Thema ab 8. Januar 2013

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Ein Beitrag von Gertrud Felber und Günther Glatzel. Quelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Diese schwachen Jets werden als geisterhaft bezeichnet und sind eine Nachwirkung von Ereignissen die Jahrmillionen zurückliegen. Sie untermauern Argumente für einen aktiven galaktischen Kern in der relativ jüngeren Vergangenheit der Milchstraße. Die beiden Strahlen, oder Jets, erstrecken sich vom galaktischen Zentrum aus bis in eine Entfernung von 27.000 Lichtjahren oberhalb und unterhalb der galaktischen Ebene. Sie sind die ersten derartigen Gamma-Ray-Jets die jemals gefunden wurden, und die einzigen, die nahe genug sind, um mit Fermi erkannt zu werden.

Die neu entdeckten Strahlen sind Strukturen innerhalb der mysteriösen Gammastrahlen-Blasen, die Fermi im Jahr 2010 erkannt hatte. Diese Blasen dehnen sich auch etwa 27.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße aus, allerdings genau senkrecht zur galaktischen Ebene. Die Gammastrahlen-Jets sind dagegen in einem Winkel von 15 Grad gegen diese Senkrechte geneigt. Dies könnte mit einer Neigung der Akkretionsscheibe um das Supermassive Schwarze Loch (SSL) im Zentrum unserer Galaxie zusammenhängen.

Die beiden Strukturen sind unterschiedlich geformt. Die Jets wurden produziert und verstärkt, wenn Plasma aus dem galaktischen Zentrum spritzte. Sie werden von einem Korkenzieher-ähnliches Magnetfeld eng fokussiert. Die Gammastrahlen-Blasen hingegen wurden wahrscheinlich von einem „Wind“ aus heißer Materie, der von der Akkretionsscheibe ausgeht, also aus der Umgebung des Supermassiven Schwarzen Loches gespeist. Deshalb sind sie viel breiter als die schmalen Strahlen. Beide aber legen nahe, dass unser galaktisches Zentrum in der Vergangenheit sehr viel aktiver als heute war.

Sowohl Jets als auch Blasen werden von inverser Compton-Streuung im Gammastrahlungsbereich illuminiert und dadurch für Fermi sichtbar. Bei diesem Prozess treffen schnelle Elektronen, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, auf energiearme Strahlung wie Radiowellen oder infrarotes Licht. Dabei übernehmen die Strahlungs-Photonen Energie von den Elektronen und werden dadurch zu Gamma-Quanten.

Die Entdeckung lässt allerdings offen, wann das SSL zuletzt aktiv war. Douglas Finkbeiner, Co-Autor unter Meng Su, sagte dazu: „Diese Jets flackerten wahrscheinlich immer wieder auf, wenn das Schwarze Loch Materie portionsweise aufnahm“. Für eine erneute aktive Phase des Kerns unserer Galaxie wäre seiner Meinung nach Material von etwa 10.000 Sonnenmassen erforderlich.

Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) ist ein gemeinsames Projekt von Smithsonian Astrophysical Observatory und Harvard College Observatory mit Hauptsitz in Cambridge (Massachussetts, USA). Die Wissenschaftler arbeiten auf unterschiedlichen Gebieten der Astronomie und erforschen Ursprung, Entwicklung und das Schicksal des Universums (ultimate fate of the universe).

Das Gammastrahlenteleskop Fermi (ehemals GLAST für Gamma-ray Large Area Space Telescope) wurde am 11. Juni 2008 gestartet und verfügt über zwei Hauptinstrumente zur großflächigen Erfassung kosmischer Gammastrahlung sowie zur Detektion kurzzeitiger Gammastrahlenausbrüche (Gamma Ray Bursts). Am Teleskop beteiligt sind Organisationen aus den USA, aus Frankreich, Deutschland, Italien, Japan und Schweden.

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• Sagittarius A – Milchstraßenzentrum

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Ein Beitrag von felixherrmann. Quelle: CfA News Release. Vertont von Siegfried Krug.

Astronomen haben die ersten negativ geladenen Moleküle im Weltraum entdeckt. Sie wurden mittels von ihnen selbst emittierten Radiosignalen, die sich bisher nicht entschlüsseln ließen, identifiziert. Zurzeit ist bekannt, dass 130 neutrale und 14 positiv geladene Moleküle im interstellaren Raum existieren, aber dieses ist das erste negative Molekül.
„Wir haben eine seltene und exotische Sorte entdeckt, wie der weiße Tiger des Weltraums“, berichtet der Astronom Michael McCarthy vom Havard-Smithsonian Zentrum für Astrophysik (CfA).

Aus mehr Erkenntnissen über die Chemie des interstellaren Raums erhoffen sich die Astronomen, endlich erklären zu können, wie die junge Erde all die grundlegenden Substanzen für das Leben bilden konnte. Forschungsergebnisse aus diesem Gebiet helfen anderen Wissenschaftlern, die Geburt und die Geburtsorte der Planeten besser nachzuvollziehen.

McCarthy arbeitet mit seinen Kollegen vom CfA Carl Gottlieb, Harshal Gupta und Patrick Thaddeus an der weiteren Identifizierung des negative geladenen Moleküls C₆H^–. Eine gerade Kette aus 6 Kohlenstoffatomen, an sie gebunden ein Wasserstoffatom und ein weiteres „Extra“ Elektron. Bisher dachte man, dass solche Moleküle extrem selten sind, weil das ultraviolette Licht, welches den Raum durchdringt, alle Elektronen ganz leicht abspaltet. Die Größe des C₆H^–-Moleküls, größer als die meisten neutralen und positven Moleküle, ruft wahrscheinlich die hohe Stabilität aus.
„Die Entdeckung des C₆H^–-Moleküls löst ein uraltes Rätsel der Astrochemie: Der ersichtliche Mangel an negativ geladenen Molekülen im Raum“, sagt Thaddeus.
Das Team führte erst Experimente im Labor durch, um genau die Radiofrequenzen zu bestimmen, nach denen sie später suchen wollten. Danach benutzten sie das Robert C. Byrd Green Bank Teleskop für ihre Suche, um nach dem C₆H^–-Molekül bei kosmischen Objekten zu suchen. In diesem Fall suchten sie zuerst die Regionen ab, von wo aus schon einmal unbekannte Radiofrequenzen mit ähnlicher Frequenz gemessen wurden.
Sie fanden das C₆H^–-Molekül in zwei verschiedenen Regionen – in einer Gashülle um den Roten Überriesen IRC+10216 in der Leo-Konstellation und außerdem noch in der kalten Molekülwolke TMC-1 im Taurus. Die Präsenz des Moleküls in beiden Regionen zeigt, dass die chemischen Prozesse, die C₆H^– entstehen lassen, allgegenwärtig sind. Es lässt auch die Existenz anderer negativ geladener Moleküle vemuten, die in nächster Zeit bestimmt gefunden werden.

„Der Fund ist der handfeste Beweis für unser ziemlich primitives Verständnis der interstellaren Chemie. Es ist aber inbegriffen, dass mehr molekulare Anionen, vielleicht sogar sehr viele, im Labor oder im Weltraum gefunden werden“, erzählt McCarthy.

Ein ausführlicher Forschungsbericht wird am 1.Dezember in der Ausgabe des „Astrophysical Journal Letters“ erscheinen.

Der Beitrag Entdeckung des ersten negativ geladenen Moleküls erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein, bearbeitet Star-Light. Quelle: NASA/CXC.

Die Beobachtungen von Chandra in Verbindung mit weiteren Beobachtungen im ultravioletten Spektralbereich sind ein wesentlicher Fortschritt für unser Verständnis, wie sich das Universum in den letzten zehn Milliarden Jahren entwickelt hat“, sagt Fabrizio Nicastro vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge (USA) und Leiter eines der an dieser Entdeckung beteiligten Teams.

Vier verschiedene Wissenschaftlerteams haben mit Hilfe des Röntgenteleskops Chandra intergalaktische Gase mit Temperaturen zwischen 300.000 und 5 Millionen Grad Celsius entdeckt. Diese Gase bilden einen Teil eines gigantischen Systems von heißen Gasen und Dunkler Materie, das die „kosmische Landschaft“ prägt. Alleine die gasförmigen Bestandteile dieses Systems enthalten mehr Materie als alle Sterne im Universum zusammen.

„Wir hatten von der Urknalltheorie und Beobachtungen des frühen Universums her starke Indizien für die Existenz dieses Gases in der Gegenwart, aber es entzog sich […] bisher unserer Entdeckung“, so Claude Canizares vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), der zusammen mit Taotao Fang eines der vier Teams leitete.

Die von Chandra entdeckten heißen Gase können benutzt werden, um das Vorhandensein der dichteren Dunklen Materie zu verfolgen, da sich sich aufgrund gravitativer Verbindungen dort konzentrieren, wo auch die Dunkle Materie gehäuft vorkommt. Ihre Entdeckung kann die Astronomen unter Umständen in Zukunft in die Lage versetzen, die Verteilung der Dunklen Materie zu kartieren und ihren Ursprung zu verstehen.

Teleskope, die im ultravioletten Spektralbereich arbeiten, hatten kühlere Bestandteile des Systems aus heißen Gasen bereits entdeckt, aber der Großteil dieser Gase ist aufgrund der enorm hohen Temperaturen nur mit einem sehr empfindlichen Röntgenteleskop wie Chandra sichtbar.

Die verschiedenen Wissenschaftlerteams haben zwei Techniken für den Nachweis des intergalaktischen Gases benutzt. Eine Methode nutzte den Effekt aus, dass das Gas Röntgenstrahlen, die von weit entfernten Galaxien emittiert werden, auf ihrem Weg zur Erde teilweise absorbiert. Durch die Messung der Abschwächung dieser Strahlung – verursacht durch Sauerstoff und andere Elemente in den Gaswolken – konnten Astronomen Rückschlüsse auf die Temperatur, Dichte und Masse ziehen. Beobachtungen der beiden Quasare PKS 2155-304 und H1821+643 durch drei Teams enthüllten verschiedene Teile dieses Systems von heißen Gaswolken. In einem dieser Teile scheinen unter anderem unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, wie auch die Andromeda-Galaxie eingebettet zu sein, während andere mit dieser Methode entdeckte Gaswolken sich Milliarden von Lichtjahren entfernt befinden.

Diese Ergebnisse bestätigten frühere Arbeiten der Wissenschaftler Joel Bregman und Jimmy Irwin von der University of Michigan (USA), die mit der genau entgegengesetzten Methode arbeiteten: Sie nutzten die Tatsache aus, dass das heiße Gas selbst eine Röntgenquelle ist, und beobachteten die Abschwächung dieser Röntgenstrahlen bei ihrem Durchgang durch eine im Vordergrund befindliche Galaxie, was Rückschlüsse auf das dahinter liegende heiße Gas zuließ. „Normalerweise studieren Ärzte die Schatten, die unsere Knochen bei einer Röntgenaufnahme werfen, um mehr über die Knochen zu erfahren“, so Bregman. „Wir jedoch haben die Schatten genutzt, um etwas über den Röntgenapparat zu lernen.“

Während der ersten Milliarden Jahre nach der Entstehung unseres Universums haben sich rund 20 Prozent der Materie durch die Schwerkraft zu Strukturen wie Galaxien zusammengefunden. Verschiedene Theorien behaupten, dass der Großteil der verbleibenden Materie ein gigantisches Netzwerk bildet, dass die verschiedenen Gruppen und Cluster von Galaxien miteinander verbindet und so heiß ist, dass es für optische, infrarote und Radioteleskope nicht sichtbar ist. Nun scheint es, als ob erste Schatten dieses Netzwerkes gefunden sind.

Der Beitrag Intergalaktisches Netzwerk entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.