Quelle: Universität Stuttgart 30. Juli 2023.

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

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

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

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

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

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

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• Sternentwicklung

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Quelle: Universität Stuttgart 16. Juni 2023.

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

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

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

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

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

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

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

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

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Universität Stuttgart 11. August 2022.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

Der Beitrag SOFIA hebt ein letztes Mal vom Flughafen Christchurch ab erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Stuttgart 21. Juni 2022.

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

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

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

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

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

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

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

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

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

Der Beitrag Rückkehr nach Neuseeland: SOFIA reist zum siebten Mal nach Christchurch erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Stuttgart.

Scheibengalaxien besitzen zusätzlich neben ihren Spiralstrukturen häufig im Innenbereich einen Balken, der den Materietransport in Richtung Galaxienzentrum zusätzlich unterstützt. Die Spiralgalaxie NGC 1097 besitzt einen solchen Balken, der im Innern in einen Starburst-Ring mündet, in dem intensive Sternentstehung stattfindet.

Auch Magnetfelder können die Schwerkraft bei der Versorgung von Schwarzen Löchern unterstützen, indem sie Materie ins Innere der Galaxie leiten. Polarimetrische Vermessungen des kühleren Gases in den Spiralarmen von NGC 1097 mit Hilfe von Radioteleskopen enthüllen in der Tat ein Magnetfeld, dass entlang der Spiralarme der Galaxie ausgebildet ist. Die magnetischen Strukturen im heißeren dichteren Bereich nahe des Zentrums – dort wo der Balken der Galaxie auf den Starburst-Ring im Zentrum stößt – können jedoch nur mit Hilfe von ferninfraroten Beobachtungen detailliert charakterisiert werden. Dazu hat ein Team um Enrique Lopez-Rodriguez das Magnetfeld in der zentralen Region von NGC 1097 mit dem HAWC+ Polarimeter an Bord von SOFIA, der fliegenden Sternwarte von NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), kartiert.

Die Studie zeigt, dass sich das Magnetfeld in den Spiralarmen der Galaxie in Stärke und Ausrichtung deutlich von dem Magnetfeld im Starburst-Ring unterscheidet. Doch trotz dieses auffälligen Unterschieds sind die beiden Magnetfelder nicht völlig unabhängig voneinander, sondern tragen gemeinsam dazu bei, Gas und Staub zum Schwarzen Loch in ihrem Zentrum zu transportieren: Die großräumigen Magnetfelder leiten Materie im ersten Schritt zunächst aus den äußeren Galaxienbereichen entlang der Spiralarme zum Starburst-Ring – und dann von dort aus tiefer hinein zum Schwarzen Loch von NGC 1097, welches das Material hungrig verschlingt.

„Beobachtungen von Magnetfeldern, die Schwarze Löcher nähren, helfen bei der Beantwortung wichtiger Fragen darüber, wie sich Galaxien entwickeln“, erläutert Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operations Deputy Director der Universität Stuttgart, die auf deutscher Seite SOFIAs Betrieb koordiniert. „Dazu beobachten wir mit SOFIA eine größere Anzahl von Galaxien im polarisierten Ferninfrarot, um damit ein umfassendes empirisches Bild der Magnetfeldstärke und -struktur dieser Objekte zu erstellen“, so Schulz.

Originalveröffentlichung:
Extragalactic Magnetism with SOFIA (Legacy Program) – II: A Magnetically Driven Flow in the Starburst Ring of NGC 1097*, Enrique Lopez-Rodriguez et al 2021, ApJ 923 150: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac2e01/meta
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac2e01/pdf

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

Der Beitrag Magnetfelder füttern supermassives Schwarzes Loch erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Stuttgart.

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

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

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

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

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

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

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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

Quelle: DLR.

Neues Einsatzgebiet zur Beobachtung des Südhimmels

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

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

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

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

Mit SOFIA Rätsel im interstellaren Medium entschlüsseln

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

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

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

SOFIA

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

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie ist ein Gemeinschaftsprojekt der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird von der Deutschen Raumfahrtagentur mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA).

GREAT

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

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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

Quelle: Universität Stuttgart.

SOFIA hat mit der „High-resolution Airborne Wideband Camera Plus“ (HAWC+) Magnetfelder in interstellaren Wolken aus Gas und Staub vermessen. Diese Daten zeigen, dass solche Wolken stark magnetisch sind und Magnetfelder die Sternentstehung innerhalb dieser Wolken beeinflussen. Eine Schlüsselbeobachtung dabei ist, dass die Ausrichtung der inneren Struktur dieser Wolken eng mit der Orientierung der Magnetfelder zusammenhängt.

Um die Rolle der Magnetfelder genauer zu untersuchen, hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Thushara Pillai (Universität Boston und Max-Planck-Institut für Radioastronomie/MPIfR Bonn) die Filamentstruktur des dichten Gases in der Umgebung eines jungen Sternhaufens mit dem HAWC+ Polarimetrie-Empfänger an Bord des Flugzeug-Observatoriums SOFIA in Infrarot-Wellenlängen untersucht. Ihre Ergebnisse zeigen, dass nicht alle Filamente mit hoher Dichte in gleicher Weise entstehen. In einigen dieser Filamente passt sich das Magnetfeld dem Materiefluss an und orientiert sich in Übereinstimmung mit dessen Ausrichtung. Die Schwerkraft beginnt in den dichteren Bereichen einiger Filamente zu dominieren und der daraus resultierende schwache magnetische Gasfluss wirkt wie ein Förderband für das Wachstum des zentralen jungen Sternhaufens.

Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift “Nature Astronomy“ veröffentlicht.

Das interstellare Medium ist zusammengesetzt aus einem recht geringen Anteil von Gas und Staub, der einen gewaltigen Leerraum zwischen den Sternen erfüllt. Dieses ziemlich diffuse Material erstreckt sich über die gesamte Milchstraße und stellt damit ein erhebliches Massereservoir in Galaxien dar. Ein wichtiger Bestandteil des interstellaren Gases sind kalte und dichte Molekülwolken, deren überwiegender Massenanteil aus molekularem Wasserstoff besteht. Ein wichtiges Forschungsergebnis des letzten Jahrzehnts ist, dass jede dieser Molekülwolken von einem ausgedehnten Netzwerk von Filamenten durchdrungen wird. Daraus ist nun die Vorstellung entstanden, dass sich Sterne wie unsere Sonne vorzugsweise in dichten Sternhaufen an den Schnittpunkten solcher Filamente bilden.

Das Forschungsteam untersuchte ein Netzwerk von Filamenten aus dichtem Gas um den Serpens-Süd-Sternhaufen im Sternbild Schlange mit HAWC+, einem Empfänger für polarisierte Infrarotstrahlung an Bord des Flugzeugobservatoriums SOFIA, um den Einfluss von Magnetfeldern bei der Entstehung von neuen Sternen zu verstehen. In einer Entfernung von ca. 1400 Lichtjahren ist der Serpens-Süd-Sternhaufen der jüngste bekannte Sternhaufen in der näheren Sonnenumgebung und befindet sich im Zentrum eines solchen Netzwerks aus dichten Filamenten.

Die Beobachtungen zeigen, dass Gasfilamente geringer Dichte parallel zur Orientierung des Magnetfelds liegen, während die Ausrichtung bei höheren Gasdichten senkrecht dazu liegt. Die hohe Winkelauflösung von HAWC+ zeigt eine weitere vorher nicht bekannte Wendung der Entwicklung. „In einigen der Filamente mit hoher Dichte passt sich das Magnetfeld dem Materiefluss an und zeigt eine Ausrichtung in Übereinstimmung mit den Filamenten“, sagt Thushara Pillai (Universität Boston und MPIfR Bonn), die Erstautorin der Veröffentlichung. „Damit dominiert die Schwerkraft in den undurchsichtigen Teilen mancher der Filamente im Serpens-Süd-Sternhaufen und der daraus resultierende schwach magnetisierte Gasfluss unterstützt in einer Art Förderband das Wachstum von jungen Sternhaufen“, fügt sie hinzu.

Theoretische Simulationen und Beobachtungen lassen darauf schließen, dass die filamentartige Struktur von Molekülwolken eine größere Rolle dabei spielt, wie Materie aus ausgedehnteren Bereichen des interstellaren Mediums in junge Sternhaufen transportiert wird, deren Wachstum mit diesem Gas gefüttert wird. Die Entstehungs- und Entwicklungsprozesse von Sternen werden von einem komplexen Zusammenspiel mehrerer fundamentaler Kräfte gesteuert, insbesondere Turbulenz, Gravitation und Magnetfeld. Um eine genaue Beschreibung dafür zu erhalten, wie dichte Haufen von jungen Sternen entstehen, müssen die Astronomen den relativen Einfluss von allen drei genannten Kräften bestimmen. Sowohl die turbulenten Gasbewegungen als auch der Massenanteil der Filamente (und damit der Einfluss der Gravitation) lassen sich relativ einfach abschätzen.

„Aber die Stärke des interstellaren Magnetfelds ist sehr gering; es ist rund 10.000mal schwächer als das Magnetfeld der Erde“, sagt Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart. „Das macht die Bestimmung der Magnetfeldstärke in diesen Filamenten zu einer gewaltigen Herausforderung, für die SOFIA mit seinem Polarimeter HAWC+ bestens gewappnet ist.“

Ein kleiner Anteil der Gesamtmasse einer Molekülwolke besteht aus Staubkörnern geringer Ausdehnung, die mit dem interstellaren Gas vermischt sind. Diese interstellaren Staubkörner richten sich senkrecht zur Richtung eines Magnetfelds aus. Aus diesem Grund ist die Strahlung, die von diesen Staubkörnern ausgeht, polarisiert und man kann daraus die Ausrichtung des Magnetfelds in Molekülwolken bestimmen.

Die Magnetfeldrichtungen in der Polarisationskarte von Serpens Süd, die mit HAWC+ an Bord von SOFIA beobachtet wurden, stimmen gut mit der Richtung des Gasstroms entlang des schmalen südlichen Filaments überein. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die filamentartigen Materieflüsse zur Bildung eines jungen Sternhaufens beitragen können.

Auf der Grundlage von Beobachtungen mit dem Planck-Weltraumteleskop wurde erst vor kurzem eine hochempfindliche Himmelskarte der polarisierten Strahlung von interstellarem Staub bei Wellenlängen unterhalb von 1 mm veröffentlicht. Sie ermöglicht den ersten großskaligen Blick auf die Magnetisierung von filamentartigen Molekülwolken und deren Umgebung. Untersuchungen auf der Grundlage der Planck-Daten haben ergeben, dass die Filamente nicht nur stark magnetisiert sind, sondern dass sie auch auf vorhersagbare Weise mit den Magnetfeldern in Verbindung stehen. Die Ausrichtung der Magnetfelder ist parallel zu den Filamenten in einer Umgebung geringer Dichte. Die Magnetfelder ändern ihre Orientierung in Gebieten höherer Dichte und sind dort senkrecht zu den Filamenten. Das lässt darauf schließen, dass Magnetfelder eine wichtige Rolle bei der Ausbildung dieser Filamente spielen, verglichen mit dem Einfluss von Turbulenz und Gravitation.

Aus dieser Beobachtung ergibt sich jedoch ein Problem. Um Sterne in gasförmigen Filamenten entstehen zu lassen, müssen die Filamente erst ihre Magnetfelder verlieren. Wann und wo genau passiert das? „Da das HAWC+ Instrument an Bord von SOFIA eine um eine Größenordnung höhere Winkelauflösung hat als das Planck-Weltraumteleskops, ist es uns nun möglich, die Regionen der Filamente räumlich aufzulösen, in denen sich das Gleichgewicht zwischen Magnetfeldern und den anderen Kräften verändert“, erklärt Bernhard Schulz.

„Die Tatsache, dass wir in der Lage waren, einen kritischen Übergang in der Sternentstehung aufzuzeigen, kam etwas überraschend. Es zeigt aber wiederum, wie wenig wir noch über kosmische Magnetfelder wissen und wieviel aufregende Wissenschaft aus zukünftigen Beobachtungen mit SOFIAs HAWC+ Empfänger zu erwarten sein dürfte“, schließt Thushara Pillai.

Originalveröffentlichung
„Magnetized filamentary gas flows feeding the young embedded cluster in Serpens South“, T. Pillai et al., Nature Astronomy (17 August 2020). DOI: 10.1038/s41550-020-1172-6

Über die HAWC+
Die „High-resolution Airborne Wideband Camera Plus“ (HAWC+), SOFIAs neuestes Beobachtungsinstrument, nutzt Strahlung im Ferninfrarotbereich zur Beobachtung von Staubkörnern im Universum, die sich senkrecht zu Magnetfeldlinien ausrichten. Aus den Beobachtungsergebnissen können die Astronomen Rückschlüsse auf Gestalt und Ausrichtung des ansonsten unsichtbaren Magnetfelds ziehen. Die Ferninfrarotstrahlung ermöglicht Schlüsselinformationen über Magnetfelder, da das Signal nicht durch anderweitig erzeugte Strahlung wie z. B. Streuung von sichtbarem Licht oder Strahlung von hochenergetischen Teilchen überlagert wird. Der HAWC+ Empfänger wurde von einem Forschungsteam vieler beteiligter Institute unter Leitung des „Jet Propulsion Laboratory“ in Pasadena, Kalifornien, entwickelt.

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

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: DLR.

15. September 2019 – Am 16. September 2019 um voraussichtlich 4:14 Uhr wird die fliegende Sternwarte SOFIA (Stratosphären Observatorium Für Infrarot-Astronomie) – ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) – auf dem Flughafen Stuttgart landen. Von dort aus wird SOFIA am 18. September um 19:40 Uhr zu ihrem ersten Wissenschaftsflug über Europa abheben und dabei gleich zwölf Länder überqueren. Der Vorteil: Während ihrer Europa-Mission fliegt SOFIA deutlich nördlicher als bei einem Start von ihrer südkalifornischen Heimatbasis in Palmdale. Je näher an den Polen die Infrarotsternwarte fliegt, desto weniger Wasserdampf ist in der Atmosphäre über ihr vorhanden – und desto besser sind die Beobachtungsbedingungen.

„Es ist etwas ganz Besonderes, dass die fliegende Sternwarte SOFIA von Stuttgart aus zu ihrem ersten europäischen Wissenschaftsflug antreten wird. Spannende Beobachtungen erwarten die Forscher auf dieser knapp zehnstündigen Forschungsreise“, freut sich die Vorstandsvorsitzende des DLR, Prof. Pascale Ehrenfreund. „Die Wissenschaftler an Bord des Flugzeuges erkunden die Umgebung von Schwarzen Löchern und gehen der Frage nach, ob Dunkle Energie unser Universum wirklich immer schneller auseinandertreibt.“

Sternentstehung auf der Spur
Vor 50 Jahren betraten nicht nur die ersten Menschen den Mond. 1969 fanden Wissenschaftler der NASA auch – eher zufällig – eine ganz besondere Galaxie. Im Sternbild Großer Bär liegt Markarian 231 (Mrk 231), die rund 600 Millionen Lichtjahre von unserer Erde entfernt ist. Damit ist sie zirka 300-mal weiter entfernt als die Andromeda-Galaxie, die unserer Milchstraße am nächsten liegt. Trotzdem ist Mrk 231 einer der Erde am nächsten gelegenen, extrem hellen aktiven Galaxienkerne (Active Galactic Nucleus, AGN). Seine Leuchtkraft im Infrarot-Bereich macht Mrk 231 zu einer der hellsten und bekanntesten ultraluminösen Infrarot-Galaxien. Um ihr Zentrum kreisen gleich zwei Schwarze Löcher. Eines davon ist mit vier Millionen Sonnenmassen eher klein, das andere mit 150 Millionen Sonnenmassen schon deutlich größer. Für die Umgebung dieser Schwarzen Löcher interessieren sich die Forscher auf dem ersten europäischen SOFIA-Wissenschaftsflug. Denn um sie herum versammelt sich eine Masse aus Gas und Staub – der Staubtorus.

Diese Donut-förmige Region befindet sich in jedem aktiven Galaxienkern. Unklar ist aber, welche Rolle sie in der Erzeugung von Radiojets spielen. Diese zwei senkrechten Plasmastrahlen werden von Schwarzen Löchern im Zentrum des aktiven Galaxienkerns gebildet, indem sie Plasma mit Lichtgeschwindigkeit ins All ausblasen. Doch nicht jeder aktive Galaxienkern hat auch diese Radiojets. Das zeigen radioastronomische Beobachtungen. Vorausgegangene Studien mit SOFIA weisen darauf hin, dass das Magnetfeld in diesem staubhaltigen Torus helfen könnte, diese Radiojets auszulösen. Lässt sich die Entstehung der Jets aber tatsächlich auf die Präsenz – beziehungsweise das Ausbleiben – eines Magnetfelds zurückführen? Eine wichtige Frage, auf die Astronomen bislang keine Antwort gefunden haben.

Da nur das Ferninfrarot-Instrument HAWC+ (High-resolution Airborne Wide-band Camera) auf SOFIA Magnetfelder in diesem Wellenlängenbereich vermessen kann, möchten die SOFIA-Forscher den Zusammenhang zwischen diesen Feldern und den Radiojets entschlüsseln. Begonnen haben sie mit ihren Beobachtungen zum aktiven Galaxienkern von Cygnus A während eines Fluges über Südkalifornien im Jahr 2018.

„Die erste Europa-Mission von SOFIA soll diese Forschung nun fortsetzen, um dieses astronomische Rätsel um die Radiojets endlich zu lösen“, sagte Dr. Alessandra Roy, deutsche SOFIA-Projektwissenschaftlerin im DLR Raumfahrtmanagement, welches die fliegende Sternwarte gemeinsam mit der NASA betreibt.

Beschleunigte Ausdehnung des Universums oder einfach nur Staub vor der Linse?
Unser Universum dehnt sich seit dem Urknall kontinuierlich aus. Diese Entdeckung wurde 1920 von Edwin Hubble gemacht. Doch dann kamen Ende der 1980er-Jahre die nobelpreisgekrönten Astrophysiker Saul Perlmutter, Adam Riess und Brian Schmidt. Sie beobachteten Supernovae vom Typ 1a. Diese Sternenexplosionen als sogenannte kosmische Leuchttürme sind weit sichtbar und immer gleich hell. Damit lassen sich die Entfernungen dieser Sternenexplosionen klar bestimmen: Je heller diese Supernovae Typ 1a erscheinen, desto näher sind sie uns. Bestimmt man nun die Helligkeiten vieler Supernovae, kann man ermitteln, ob sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Das Ergebnis war überraschend: Die beobachteten Sternenexplosionen waren blasser als erwartet.

Damit war für die drei Forscher klar: Das Universum nimmt Fahrt auf und wird mit wachsender Geschwindigkeit von einem rätselhaften, unbekannten Beschleuniger namens Dunkler Energie immer weiter auseinandergetrieben. Doch ist das wirklich so? Liegt die Abnahme der Helligkeit wirklich an einem schnelleren Auseinanderdriften des Universums? Oder hatten die Teleskope vielleicht einfach Staub vor der Linse, der die Helligkeit der Aufnahmen verblassen ließ?

„Genau diesen Fragen gehen Forscher aus Austin, Texas, nach, indem sie mit dem Instrument HAWC+ auf SOFIA den Staub in den Heimatgalaxien einer Supernovae Typ 1a beobachten. Dafür messen sie den Staubanteil in der Region um die Sternenexplosion herum. Auch das Weltraumteleskop Euclid der europäischen Weltraumorganisation ESA, das im Jahr 2022 starten soll, wird sich auf die Suche nach Dunkler Energie begeben. Nach diesen Beobachtungen werden wir vielleicht genauer wissen, ob die Ausdehnung des Universums wirklich durch die Dunkle Energie beschleunigt“, erklärt Roy, die neben SOFIA auch an der Euclid-Mission beteiligt ist.

Europas Nachthimmel – ein Hort voller kosmischer Geheimnisse
Insgesamt hat SOFIA für diesen zehnstündigen Flug noch weitere wissenschaftliche Beobachtungen vorgesehen. So nehmen die Astronomen vom Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge (USA) auch die Region Serpens South im Sternbild Schlange vom Himmel über Frankreich aus ins Visier – eine Formation extrem junger Sterne. Bei diesen drei bis vier Millionen Jahre jungen Sternen können die Forscher Sternenentstehung fast von ihrem Beginn an verfolgen und mehr über diesen Prozess herausfinden. Die nächste Beobachtung konzentriert sich auf die Sternenformation L 1495 im sogenannten Taurus Filament. Die Forscher der Universität Berkeley (USA) wollen dabei herausfinden, welche Rolle die Dynamik von Magnetfeldern auf den Formungsprozess von Filamentwolken hat.

„Das wird die längste Einzelbeobachtung von SOFIA auf Ihrem ersten Flug in Europa sein, welche südlich der schwedischen Küste in der Ostsee beginnt und über Polen, Tschechien, Österreich, Slowenien, Kroatien, der Adria, Italien bis kurz vor Sizilien führt“, zeigt Clemens Plank, Projektingenieur für SOFIA beim DLR Raumfahrtmanagement, am Flugplan, welcher vorab mit allen europäischen Luftverkehrsbehörden abzustimmen war.

Nachwuchs mit an Bord
Auf dieser spannenden Forschungsreise werden nicht nur Wissenschaftler mit an Bord sein. Ein Team der „Sendung mit der Maus“ wird in einer Spezialausgabe „Teleskope und die Infrarotastronomie“ dem Mauspublikum Einblicke in den Forschungsflug von SOFIA geben. Außerdem wird ein Preisträger des Forschernachwuchswettbewerbes „Jugend forscht“ bei der Europa-Prämiere von SOFIA mitfliegen dürfen.

Über SOFIA
Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA) ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird vom DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

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