Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 15. Mai 2023.

15. Mai 2023 – Das MPIA ist ein Konsortialpartner in beiden Projekten und hat gerade mit dem Bau verschiedener Teilsysteme der Instrumente begonnen. Eine Mini-Dokumentation über beide Instrumente wurde während einer Live-Veranstaltung auf dem YouTube-Kanal der ESO am Freitag, dem 12. Mai 2023 gezeigt.

„Ich freue mich sehr, dass die ersten Teilstücke in den Labors und Werkstätten unserer Partner in ganz Europa ankommen“, sagt Eckhard Sturm, der MICADO-Projektleiter und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE). Um diesen wichtigen Meilenstein des Projekts zu würdigen, hat die ESO (Europäische Südsternwarte) zusammen mit den MICADO- und METIS-Konsortien die ersten beiden einer Reihe von Erklärvideos produziert. Sie wurden während einer Live-Veranstaltung am Freitag, den 12. Mai gezeigt, in der unsere Wissenschaftlerinnen Nadine Neumayer und Silvia Scheithauer Fragen zu den beiden Projekten beantworteten.

MICADO ist die Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations. Sie wird das Extremely Large Telescope (ELT), dessen Hauptspiegel einen Durchmesser von 39 Metern haben wird, mit einem der ersten Instrumente mit einer beugungsbegrenzten Bildgebung und Langspaltspektroskopie im nahen Infrarotbereich ausstatten. MICADO wird unter der Leitung des MPE von einem Konsortium von Partnern aus Deutschland, Frankreich, den Niederlanden, Österreich, Italien und Finnland zusammen mit der ESO entwickelt und gebaut.

METIS, der Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, ist ein weiteres ELT-Instrument der ersten Generation. Es wird die Beobachtungsmöglichkeiten im Infraroten ergänzen, indem es den mittleren Infrarotbereich abdeckt. METIS bietet beugungsbegrenzte Bildgebung, niedrig- und mittelauflösende Spaltspektroskopie und Koronografie für eine kontrastreiche Bildgebung bei Wellenlängen zwischen 3 und 13 Mikrometern und hochauflösende integrale Feldspektroskopie zwischen 3 und 5 Mikrometern. Es wird von einem europäischen Konsortium unter der Leitung des PI-Instituts NOVA (Niederländische Forschungseinrichtung für Astronomie) in den Niederlanden mit zwölf Partnern aus Deutschland, Großbritannien, Frankreich, der Schweiz, Belgien, Portugal, Österreich, Taiwan und den USA gebaut.

Das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, Deutschland, spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung und Herstellung beider Instrumente. Der koverantwortliche Forscher für MICADO und lokaler Instrumentenwissenschaftler Jörg-Uwe Pott leitet das MICADO-Team am MPIA. Ralph Hofferbert als lokaler Projektmanager und Friedrich Müller als Systemingenieur ergänzen es.

Das MPIA liefert die warme Voroptik von MICADO, die das Sternenlicht vom Teleskop mit minimalem Verlust an Empfindlichkeit und Bildschärfe in die kalte Kamera-Optik leitet. Darüber hinaus liefert das MPIA die Kalibrierungseinheit für alle wissenschaftlichen Standardbeobachtungsmodi.

Die High-Tech-Funktionen von MICADO und METIS versetzen sie in die Lage, weit über die Fähigkeiten der besten Observatorien von heute hinauszugehen, einschließlich des Hubble- und des James Webb-Weltraumteleskops. So wird die Empfindlichkeit von MICADO mit der des JWST vergleichbar sein, jedoch mit der sechsfachen Auflösung. Auf diese Weise wird MICADO Exoplaneten erforschen, die detaillierte Struktur entfernter Galaxien enthüllen und einzelne Sterne in nahen Galaxien untersuchen. MICADO wird auch ein einzigartiges und leistungsfähiges Instrument zur Erforschung von Umgebungen sein, in denen Gravitationskräfte und allgemeine relativistische Effekte extrem stark sind, wie in der Nähe des supermassereichen schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie, der Milchstraße.

METIS verfügt über eine viel höhere spektrale und räumliche Auflösung als JWST und ermöglicht den Astronominnen und Astronomen, die Details der Stern- und Planetenentstehung sowie die extrem dünnen Atmosphären von Gesteins-Exoplaneten zu untersuchen. Da METIS im mittleren Infrarot beobachten wird, wird es vorwiegend kühle Objekte wie Gas- und Staubwolken erforschen – und dringt dabei in Galaxien vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat. Als ein weiteres aufregendes Forschungsfeld wird METIS nachschauen, ob unsere nächsten stellaren Nachbarn Gesteinsplaneten wie die Erde beherbergen.

Als zweitgrößter Partner des METIS-Konsortiums liefert das MPIA Teilsysteme wie die bildgebende Kamera und die adaptive Optik (AO). Die AO korrigiert atmosphärische Verzerrungen und ist daher für beugungsbegrenzte Beobachtungen mit METIS unerlässlich.

Der verantwortliche Wissenschaftler am MPIA für METIS ist Markus Feldt. Er ist zudem mitverantwortlich für wissenschaftliche Ausrichtung des METIS-Projekts. Weitere Teammitglieder am MPIA sind die lokale Projektmanagerin Silvia Scheithauer, der Instrumentenwissenschaftler Roy van Boekel, der Leiter der Kalibrierung Wolfgang Brandner und der Leiter der adaptiven Optik (AO) Thomas Bertram. „METIS ist ein enorm komplexes Instrument mit höchsten Anforderungen an Genauigkeit und Leistung. An der Realisierung eines solchen Instruments in Zusammenarbeit mit 12 europäischen und weltweiten Partnern beteiligt zu sein, ist einzigartig!“ sagt Markus Feldt.

Das ELT mit MICADO und METIS soll noch in diesem Jahrzehnt in Betrieb gehen.

MICADO-Mini-Dokumentation:
https://streaming-eu.mpg.de/de/institute/mpia/videos_website/MICADO_Movie_1080p.mp4

METIS-Mini-Dokumentation:
https://streaming-eu.mpg.de/de/institute/mpia/videos_website/METIS_Movie_MASTER_FINAL_2160p_4K_WEB.mp4

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• ESO Teleskop ELT

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Quelle: Klaus Tschira Stiftung gGmbH 1. Februar 2023.

Heidelberg, 1. Februar 2023. Hoch oben über Heidelberg, auf dem weitläufigen Gelände der Landessternwarte soll im September 2023 eine einzigartige SkyPole-Anlage zur Beobachtung von Himmelsobjekten in Betrieb genommen werden. Die Klaus Tschira Stiftung (KTS) ermöglicht das Projekt, damit noch größere Besuchergruppen als bisher die faszinierende Beobachtung des Sternenhimmels mit bloßem Auge erleben können. Ob Planeten, Sterne, Sternbilder oder Satelliten, all das wird zu sehen sein: Astronomie pur!

Im Interview erklärt Norbert Christlieb, Professor am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, das Projekt.

Was ist eine SkyPole-Anlage?

Christlieb: SkyPole ist ein Hilfsmittel zum Aufsuchen von Himmelsobjekten. Das funktioniert so, dass sich in der Mitte ein zehn Meter hoher Mast befindet, an dem auf unterschiedlicher Höhe drei farbige Leuchtmarken angebracht sind. Darum herum befinden sich Gehwegplatten mit selbstleuchtender Beschriftung, die in einem ringförmigen Koordinatensystem angeordnet sind. Auf einem Bildschirm kann man abrufen, welche Himmelsobjekte in der betreffenden Nacht gerade beobachtbar sind. Der Computer berechnet die Koordinaten in Echtzeit und teilt einem mit, auf welche der Platten man sich stellen und auf welche Leuchtmarke an dem Mast man schauen sollte, um das ausgewählte Himmelsobjekt zu finden. Damit können Sterne, Planeten, aber auch ganze Sternbilder und Satelliten angepeilt werden.

Das heißt, es ist ein Mittel zur Orientierung am Himmel, und zwar ohne Teleskop?

Christlieb: Ganz genau. Es geht um die Beobachtung mit bloßem Auge. In Ergänzung zu unseren Beobachtungsveranstaltungen mit Teleskopen.

Wie ist die Idee entstanden?

Christlieb: Das Ganze entstand durch den Kontakt zu Peter Kroll von der Firma „4pi Systeme“, die den SkyPole erfunden haben und auch das Patent darauf halten. Die von ihm installierten Anlagen an der Sternwarte Sonneberg in Thüringen und im UNESCO Biosphärenreservat Hohe Geba in der Rhön haben uns so fasziniert, dass wir uns das auch für Heidelberg und die Landessternwarte vorstellen konnten. Allerdings ist unsere, jetzt geplante Anlage, viel größer. Sie hat 520 Platten statt der 280 in Sonneberg und 200 in der Rhön und ermöglicht dadurch, dass der Himmel sehr viel engmaschiger abgebildet und die Aufsuchgenauigkeit größer wird.

Was versprechen Sie sich davon?

Christlieb: Am Zentrum für Astronomie und dem von der KTS gestifteten Haus der Astronomie auf dem Königstuhl haben wir schon ein vielfältiges Angebot der Bildungs- und Öffentlichkeitsarbeit, das wir durch den SkyPole optimal ergänzen können. Außerdem verfügen wir mit dem großen Gelände hier auf dem Königstuhl über einen geeigneten Standort, an dem sich auch die Lichtverschmutzung in Grenzen hält. Es ist deutlich dunkler als in der Stadt und die Sicht ist auf dem Berg besser.

Was war der Anlass?

Christlieb: Ursprünglich wollten wir das Ganze im Juni zum 125-jährigen Jubiläum der Landessternwarte fertig haben und eröffnen, jetzt wird es wohl der Tag der offenen Tür am 24. September, gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Astronomie.

Aber der Himmel muss schon wolkenlos sein, oder?

Christlieb: Ja, das ist in der optischen Astronomie immer so.

Was ist die Zielgruppe?

Christlieb: Das sind interessierte Laien, aber auch Schülerinnen und Schüler sowie Studierende, die hier ihr astronomisches Praktikum machen. Auch für die regelmäßig stattfindenden Fortbildungsveranstaltungen für Lehrerinnen und Lehrer ist der SkyPole geeignet.

Viele Physikstudierende, die unbedingt nach Heidelberg kommen wollen, sagten schon vor Jahren, ihre Hauptmotivation sei, dass Heidelberg ein deutschen „Hotspot“ für Astronomie sei. Ist das noch so?

Christlieb: Rund die Hälfte aller Studienanfängerinnen und -anfänger im Studiengang Physik hier in Heidelberg tun das auch wegen ihres Interesses für die Astrophysik.

Lässt sich diese Begeisterung dann auch auf andere, nicht so eingängige Gebiete der Physik übertragen?

Christlieb: Wir sind eine Art Einstiegstor, um die Leute zu begeistern. Wenn sie dann merken, dass sie beispielsweise die Festkörperphysik doch mehr interessiert, haben wir trotzdem unseren Beitrag geleistet (lacht).

Haben Sie eine Erklärung, warum die Astronomie so viele Menschen fasziniert?

Christlieb: Da ist zum einen der Drang zu verstehen, woher wir kommen. Die Menschen möchten wissen, wie unser Sonnensystem und unser Planet entstanden sind, und wie es sich entwickeln wird. Dazu kommt noch die Faszination dieser großen Dimension, dass das Weltall scheinbar unendlich ist. Und natürlich die Exoplaneten, die Suche nach der zweiten Erde, und die Frage, ob wir denn alleine sind im Weltall.

Wieso haben Sie den Antrag für das Projekt ausgerechnet bei der Klaus Tschira Stiftung gestellt?

Christlieb: Weil die Klaus Tschira Stiftung sich schon immer für die Förderung des Nachwuchses in den Naturwissenschaften eingesetzt hat. Es war ja ein großes Anliegen des Stifters Klaus Tschira selbst, Kinder und Jugendliche so früh wie möglich für Naturwissenschaften zu begeistern. Da passte das perfekt.

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• Sternwarten

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Quelle: Max-Planck-Institut für Kernphysik 6. Dezember 2022.

6. Dezember 2022 – Die im Labor gemessenen Intensitätsverhältnisse wichtiger Strahlungslinien von Eisen wichen bislang von den berechneten ab, und damit herrschte auch Unklarheit über die aus den Röntgenspektren abgeleiteten Zustände sehr heißer Gase, wie in der Korona der Sonne oder der Umgebung Schwarzer Löcher. Mit den neuen experimentellen Daten wurde nun eine Übereinstimmung mit der Theorie erreicht. Damit können Röntgendaten von Weltraumteleskopen zukünftig mit hohem Vertrauen an die dahinterliegenden Atommodelle analysiert werden.

Nahezu alles, was wir über ferne Sterne, Gasnebel und Galaxien wissen, beruht auf der Analyse des Lichts, das wir von ihnen empfangen. Genauer gesagt, der elektromagnetischen Wellen, denn mittlerweile steht Astronomen deren gesamtes Spektrum zur Verfügung. In welchem Spektralbereich ein Körper oder ein Gas besonders hell leuchtet, hängt vor allem von seiner Temperatur ab: Je heißer, desto energiereicher die Strahlung. Im Weltraum befindet sich mehr als 99 Prozent der gesamten sichtbaren Materie im Plasmazustand; es ist so heiß, dass die Atome ein oder mehrere Elektronen verloren haben und als positiv geladene Ionen vorliegen. Extrem heiße Plasmen mit Temperaturen von mehr als eine Million Grad gibt es zum Beispiel in der während einer totalen Sonnenfinsternis sichtbaren Korona der Sonne. Darüber hinaus findet man sie in der Umgebung von Schwarzen Löchern oder als intergalaktisches Gas zwischen den Galaxien.

Die von solchen Plasmen ausgesandte Röntgenstrahlung weist die Fingerabdrücke der in ihnen befindlichen chemischen Elemente auf. Sehr prominent sind Strahlungslinien (Emissionslinien) von mehrfach ionisiertem Eisen, insbesondere Fe XVII, das von seinen ursprünglichen 26 Elektronen 16 verloren hat. Der Grund: Eisen ist unter den schweren Elementen häufig und Fe XVII über einen breiten Temperaturbereich vertreten.

Bei der Analyse eines Röntgenspektrums vergleicht man neben den Energien der Emissionslinien unter anderem die Intensitätsverhältnisse charakteristischer Linien. Um daraus auf die Eigenschaften des kosmischen Plasmas schließen zu können, muss man diese Intensitätsverhältnisse gut kennen. Das ist möglich, indem man sie theoretisch berechnet und im Labor experimentell überprüft. Und genau das war bislang das Problem: Quantenmechanische Rechnungen und Laborergebnisse des Intensitätsverhältnisses von zwei starken Linien namens 3C und 3D wichen um etwa 20 Prozent voneinander ab und stellten unser Verständnis atomarer Struktur und das Vertrauen in die genutzten Modelle in Frage.

Das war nicht nur ein Problem für die Astronomen, sondern auch für die Physiker, denn wo lag der Fehler, in der Theorie oder dem Experiment? Vor zwei Jahren hatte das Team um Doktorand Steffen Kühn vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) das bis dahin genauestes Experiment durchgeführt, und auch damals blieb eine unerklärbare Diskrepanz bestehen. Das MPIK-Theorieteam um Natalia Oreshkina und Zoltan Harman, sowie Marianna Safronova und Charles Cheung in den USA und Julian Berengut in Australien hatten Supercomputer heißlaufen lassen, um die Emissionslinien 3C und 3D von Fe-XVII mit höchster Präzision erneut zu berechnen: Die Diskrepanz sowie die Fragestellung blieben: Wer hatte Recht?

„Wir waren überzeugt alle damals bekannten systematische Effekte bei der Messung im Griff zu haben“, erinnert sich Kühn. Doch in einem letzten Anlauf wollte er und das Forscherteam geleitet von José Crespo der Sache auf den Grund gehen: Anstelle des Intensitätsverhältnisses der beiden Linien versuchte man die absolute Stärke der einzelnen Übergänge, auch Oszillatorstärke genannt, zu vermessen. Doch um diese individuellen Linienstärken zu vermessen und den Übeltäter der beiden Linien in der theoretischen Betrachtung zu identifizieren, musste die Qualität der Messdaten erheblich verbessert werden.

Für diese knifflige Messung hat Kühn im Rahmen seiner Doktorarbeit eine Electron Beam Ion Trap Apparatur (PolarX-EBIT) verwendet, die im Rahmen eines Projekts von Postdoc Sonja Bernitt am MPIK gebaut worden war. In ihr werden Eisen-Ionen durch einen Elektronenstrahl produziert und in einem Magnetfeld gefangen. Dabei entfernt der Elektronenstrahl die äußeren Elektronen der Eisen-Ionen, bis das gewünschte Fe XVII vorliegt. Dann werden die gefangenen Eisen-Ionen mit Röntgenlicht geeigneter Energie bestrahlt, sodass sie leuchten. Dafür muss die eingestrahlte Energie der Röntgenphotonen variiert werden, bis die gesuchten Linien exakt getroffen werden. Da handelsübliche Quellen die benötigte Röntgenstrahlung nicht produzieren können, musste die PolarX-EBIT zum DESY nach Hamburg transportiert werden. Dort erzeugt das Synchrotron PETRA III einen Röntgenstrahl, dessen Energie sich über einen bestimmten Energiebereich durchstimmen lässt. Auf diese Weise regt man die Eisen-Ionen zur Emission von Röntgenstrahlung an, die dann in Abhängigkeit von der eingestrahlten Photonenenergie spektral analysiert wird.

Mit trickreichen Verbesserungen an der Apparatur und am Messschema gelang es Kühn mit seinen Kollegen Moto Togawa, René Steinbrügge und Chintan Shah, in langen Tagen und kurzen Nächten an der PETRAIII-Strahlröhre die Auflösung der Spektren im Vergleich zu ihrer vorherigen Messung noch einmal zu verdoppeln und den störenden Untergrund, wie er bei jeder Messung auftritt, um einen Faktor tausend zu unterdrücken. Die enorm verbesserte Datenqualität brachte den Durchbruch: Erstmals konnten die zu untersuchenden Emissionslinien vollständig von benachbarten Linien getrennt werden. Außerdem ließen sich die Linien 3C und 3D nun bis zum äußersten Rand vermessen. „In den bisherigen Messungen waren die Flügel dieser Linien im Untergrund versteckt, was zu einer fehlerhaften Interpretation der Intensitäten geführt hatte“, erklärt Kühn. Damit ist auch Maurice Leutenegger vom NASA Goddard Space Flight Center hochzufrieden, der als Experte für Röntgenastrophysik am Experiment mitbeteiligt war: Das Endergebnis stimmt nun hervorragend mit den theoretischen Vorhersagen überein. Das freut auch die Theoretiker.

Damit ist das Vertrauen in die quantenmechanischen Rechnungen gestärkt, mit denen astrophysikalische Spektren analysiert werden. Dies gilt besonders für Linien, für die es keine experimentellen Vergleichswerte gibt“, verdeutlicht Kühn die Bedeutung des neuen Resultats. Und die Spektren der Weltraumteleskope können nun mit höherer Genauigkeit ausgewertet werden. Das betrifft auch zwei große Röntgenobservatorien, die demnächst ins All gelangen sollen: Das unter japanischer Leitung gebaute X-Ray Imaging Spectroscopy Mission (XRISM, Start im Mai 2023) und das Athena X-Ray Observatory der Europäischen Weltraumorganisation ESA (Start in den frühen 2030er Jahren).

Originalpublikation:
New Measurement Resolves Key Astrophysical Fe-XVII Oscillator Strength
Steffen Kühn, Charles Cheung, Natalia S. Oreshkina, René Steinbrügge, Moto Togawa, Sonja Bernitt, Lukas Berger, Jens Buck, Moritz Hoesch, Jörn Seltmann, Florian Trinter, Christoph H. Keitel, Mikhail G. Kozlov, Sergey G. Porsev, Ming Feng Gu, F. Scott Porter, Thomas Pfeifer, Maurice A. Leutenegger, Zoltán Harman, Marianna S. Safronova, José R. Crespo López-Urrutia and Chintan Shah
Physical Review Letters, 5. Dezember 2022 DOII: doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.245001, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.245001.

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• physikalische Grundlagenforschung

Der Beitrag Röntgenanalyse ohne Zweifel – Vier Jahrzehnte währendes Rätsel kosmischer Röntgenstrahlung gelöst erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Stadt Heidelberg 21. Juli 2022.

21. Juli 2022 – Die mit Heidelberg verbundene Unternehmerin und Forscherin von Hoerner ist künftig Namenspatin für eine neue, nördlich der Eppelheimer Straße verlaufende Parallelstraße in der Bahnstadt. Die sogenannte Kleine Bahnrandstraße zwischen Max-Planck-Ring und Czernyring in den Stadtteilen Bahnstadt und Weststadt heißt zukünftig „Mileva-Maric-Straße“. Die Benennung der beiden Straßen folgt der bisherigen Namensgebung in der Bahnstadt. Die Straßen sind dort überwiegend nach verdienten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern benannt, die zum Teil auch Bezug zu Heidelberg haben. Der Platz vor dem Justizzentrum an der Kurfürsten-Anlage wird nach dem ehemaligen hessischen Generalstaatsanwalt Fritz Bauer benannt.

Über die neuen Straßen- und Platznamen:

Hanna-von-Hoerner-Straße
Hanna von Hoerner kam 1956 mit ihrer Familie nach Heidelberg. Nach dem Studium der Elektronik und Physik in den USA und Heidelberg gründete sie 1971 in Schwetzingen die Firma „von Hoerner & Sulger“ zur Herstellung wissenschaftlicher Instrumente für die Raumfahrt. Das Unternehmen erwarb sich in den folgenden Jahren einen Weltruf für seine Produkte. 2009 erhielt Hanna von Hoerner für hervorragende Leistungen den Landesverdienstorden von Baden-Württemberg, 2013 wurde sie mit dem Verdienstkreuz erster Klasse der Bundesrepublik Deutschland ausgezeichnet.

Mileva-Maric-Straße
Mileva Marić war eine serbische Mathematikerin und Physikerin und gilt manchen als „Mitentwicklerin der Relativitätstheorie“. Von 1897 bis 1898 studierte sie als Gasthörerin an der Universität Heidelberg. Dank ihrer unbestrittenen mathematischen Begabung hatte Mileva Marić einen bedeutenden wissenschaftlichen Anteil zumindest an den bahnbrechenden frühen Forschungsarbeiten ihres Mannes Albert Einstein. Sie gilt zudem als eine Pionierin des naturwissenschaftlichen Frauenstudiums.

Fritz-Bauer-Platz
Der in Stuttgart geborene Jurist Fritz Bauer hat 1927 in Heidelberg promoviert. Als Sozialdemokrat wurde er schon 1933 von den Nationalsozialisten aus dem Staatsdienst gedrängt und musste 1936 fliehen. Nach seiner Rückkehr in den Staatsdienst in Deutschland 1949 erwarb sich Bauer bleibende Verdienste durch seine Beiträge zur juristischen Ahndung von NS-Verbrechen. Der Frankfurter Auschwitz-Prozess der Jahre 1963 bis 1965 kam maßgeblich durch Bauer zustande. Auch wenn seine Verdienste erst spät gewürdigt wurden, erinnern heute an nahezu allen Wirkungsstätten und auch darüber hinaus nach ihm benannte Straßen und Plätze an Fritz Bauer.

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• Ehrungen

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