Quelle: Universität Stuttgart 25. Mai 2023.

25. Mai 2023 – Sobald ein Stern die Hauptreihe hinter sich gelassen hat – das längste Stadium der Sternentwicklung, in dem der durch die Kernfusion im Innern des Sterns erzeugte Strahlungsdruck der Schwerkraft die Waage hält – stößt der alternde Stern eine Hülle aus Gas und Plasma ab und ein planetarischer Nebel entsteht. Was in dieser Phase mit einem möglicherweise vorhandenen Planetensystem geschieht, ist allerdings ein Rätsel. Astronomen und Astronominnen wissen im Allgemeinen nicht, ob Planeten jenseits dieses Punktes überleben können bzw. welches Schicksal sie ereilt.
Ein Hinweis hierzu hat nun ein Team um Jonathan Marshall von der Academia Sinica in Taiwan im nahegelegenen Helixnebel gefunden, in dem es neue Daten von SOFIA, dem Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie und ALMA, dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, zusammen mit Archivdaten der Spitzer- und Herschel-Weltraumobservatorien untersucht hat.

Der Helixnebel ist ein junger planetarischer Nebel, in dem sich glühendes Gas ausbreitet, das von seinem alternden Wirtsstern ausgestoßen wurde. Im Zentrum des Nebels hat sich ein sehr junger Weißer Zwerg gebildet, der allerdings mehr Infrarotstrahlung aussendet als erwartet. Um zu klären, woher diese überschüssige Strahlung kommt, hat Marshall zusammen mit seinem Team zunächst untersucht, woher sie nicht kommen kann:
Kollisionen zwischen kleinen, festen Objekten aus kosmischem Staub, die sich während der Entstehung eines Planetensystems um einen Stern gebildet haben – sogenannte Planetesimale – können diese überschüssige Emission zwar grundsätzlich erzeugen, aber weder SOFIA noch ALMA konnten die dafür erforderlichen großen Staubkörner nachweisen.
Auch haben die Forschenden keine Kohlenmonoxid- oder Siliziummonoxidmoleküle gefunden, die für die Gasscheiben charakteristisch sind, die einen Stern nach seinem Leben auf der Hauptreihe umgeben können.

Zerstörung als Strahlungsquelle
Zusammen mit den Archivdaten grenzen die Beobachtungen von SOFIA und ALMA die verschiedenen Parameter der möglichen infraroten Strahlungsquelle – wie ihre Größe, Struktur und Umlaufbahn – stark ein, so dass nur eine Erklärung übrig bleibt: Staub, der sich bildet, wenn ausgewachsene Planeten bei der Entstehung des planetarischen Nebels zerstört werden und sich in Richtung des Sterns im Zentrum bewegen.

„Nachdem wir die Puzzleteile der Größe und Form der überschüssigen Emission sowie die daraus resultierenden Eigenschaften über die Staubkörner in der Umgebung des Weißen Zwerges zusammen gesetzt hatten, kamen wir zu dem Schluss, dass ein zerstörtes Planetensystem die beste Erklärung für den vorhandenen Infrarotüberschuss des Helixnebels ist“, sagt Jonathan Marshall, der Hauptautor der Studie.

Ein mögliches Szenario wäre die kontinuierliche Zerstörung tausender Kometen pro Jahr durch die intensive Strahlung des Weißen Zwerges. Dies würde den notwendigen Nachschub an Staub erklären, um die gemessene Infrarothelligkeit zu erhalten, welche einer gesamten Staubmasse von 500 Millionen Kometen der Größe von Hale-Bopp entspricht.

Ferninfrarotdaten von SOFIA füllen entscheidende Lücke
Die mit dem HAWC+ Instrument an Bord von SOFIA gemessenen Helligkeiten bei einer Wellenlänge von 54 µm konnten genau die Lücke zwischen den früheren Spitzer- und Herschel-Beobachtungen bei 24 und 70 µm schließen. „Diese Lücke lag genau dort, wo wir den Höhepunkt der Staubemission erwartet haben“, so Marshall. „Es ist wichtig, die Form der Staubemission zu bestimmen, um die Eigenschaften dieser Staubkörner einzugrenzen. Die SOFIA-Beobachtungen haben es uns ermöglicht, unser Verständnis zu verfeinern“.

Obwohl SOFIA nach seinem Betriebsende keine Folgebeobachtungen des Helixnebels mehr durchführen kann, ist diese Studie Teil eines größeren Projekts das darauf abzielt zu verstehen, was mit Planetensystemen geschieht, wenn sich ihr Zentralstern über die Hauptreihe hinaus entwickelt. Marshall und sein Team hoffen, auch andere Sterne in der Spätphase mit ähnlichen Techniken untersuchen zu können.

Originalveröffentlichung:
Evidence for the Disruption of a Planetary System During the Formation of the Helix Nebula , Jonathan P. Marshall et al 2023 AJ 165 22, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac9d90.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Stratosphären-Observatorium SOFIA

Der Beitrag DSI: SOFIA hilft bei der Entdeckung eines zerstörten Planetensystems erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Wien.

17. August 2021 – Die radioaktiven Elemente könnten von einem in der Nähe explodierenden Stern (einer Supernova) oder den starken Sternwinden eines massereichen Sterns, auch als Wolf-Rayet-Stern bekannt, auf das sich entwickelnde Sonnensystem geweht worden sein. Das Vorkommen radioaktiven Materials bei der Entstehung des Sonnensystems gibt den Forscher*innen bereits seit 50 Jahren große Rätsel auf. Ist die Voraussetzung für die Bildung von Planetensystemen, dass sie sich weder zu nah, noch zu weit entfernt von einer Quelle radioaktiven Materials befinden?

Die Autoren der neuen Studie verwendeten Multi-Wellenlängen-Beobachtungen der Sternentstehungsregion Schlangenträger, darunter auch spektakuläre neue Infrarotdaten des von Wien geleiteten Projekts VISIONS, das derzeit mit dem ESO-Teleskop in der chilenischen Wüste durchgeführt wird. Die Daten zeigen die Wechselwirkungen zwischen den Wolken von sternbildenden Gasen und Radionukliden, die im nächstgelegenen aus jungen Sternen bestehenden Sternhaufen entstanden. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass Supernovae der vorangegangen Sterngeneration die wahrscheinlichste Quelle kurzlebiger Radionuklide in den sternbildenden Wolken sind.

„Unser Sonnensystem entstand höchstwahrscheinlich durch das Zusammenspiel einer riesigen Molekülwolke sowie eines jungen Sternhaufens. Ein oder mehrere Supernova-Ereignisse einiger massereicher Sterne in diesem Sternhaufen kontaminierten das Gas, das schließlich die Sonne und ihr Planetensystem entstehen ließ“, sagt Douglas N. C. Lin, emeritierter Professor für Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz. „Obwohl dieses Szenario lange zurückliegt, liegen die Stärken dieser Studie in der Verwendung von Multi-Wellenlängen-Beobachtungen und einer ausgeklügelten statistischen Analyse, die es ermöglichen, eine quantitative Messung der Wahrscheinlichkeit dieses Modells anzustellen.“

Der Schlangenträger-Wolkenkomplex enthält viele dichte protostellare Kerne in verschiedenen Stadien der Sternenentstehung und der Entwicklung protoplanetarer Scheiben, welche die frühesten Stadien der Bildung eines Planetensystems darstellen. Durch die Kombination von Bilddaten in Wellenlängen von Millimetern bis hin zu Gammastrahlen konnten die Forscher*innen einen Strom von Aluminium-26 des nahe gelegenen Sternhaufens in Richtung der Sternentstehungsregion Schlangenträger visualisieren.

„Der Anreicherungsprozess, den wir im Schlangenträger sehen, stimmt mit dem überein, was bei der Bildung des Sonnensystems vor 5 Milliarden Jahren geschah“, sagt Erstautor John C. Forbes. „Als wir dieses passende Beispiel für einen möglichen Ablauf des Prozesses entdeckt hatten, versuchten wir, den nahe gelegenen Sternhaufen zu modellieren, der jene Radionuklide produzierte, die wir heute in Form von Gammastrahlen sehen. Wir verfügen mittlerweile über ausreichend Informationen, um sagen zu können, dass dieses Ereignis zu 59% durch Supernovae und zu 68% durch mehrere Quellen und nicht ausschließlich durch eine Supernova verursacht wurde“, so Forbes.

„Diese Form von statistischer Analyse weist Szenarien Wahrscheinlichkeiten zu, die Astronom*innen seit 50 Jahren diskutieren, bemerkt Lin. „Wahrscheinlichkeiten zu quantifizieren ist in der Astronomie richtungsweisend“, ergänzt er.

„Der Schlangenträger als Sternentstehungsregion ist nichts Besonderes“, sagt João Alves. „Es handelt sich lediglich um eine typische Struktur aus Gas und jungen massereichen Sternen. Daher sollten unsere Ergebnisse repräsentativ für die Anreicherung kurzlebiger radioaktiver Elemente bei der Stern- und Planetenbildung entlang der Milchstraße sein. Wir sind nichts Besonderes und sollten davon ausgehen, dass auch viele andere Sonnensysteme wie unseres in der Milchstraße schweben.“

Die aktuellen Ergebnisse zeigen auch, dass die Anzahl der kurzlebigen Radionuklide, die sich in neu entstehenden Sternensystemen befinden, stark variieren kann. „Viele neue Sternensysteme werden mit einer Fülle von Aluminium-26 gebildet, so wie in unserem Sonnensystem. Die Schwankungen sind dennoch enorm – wir sprechen von mehreren Größenordnungen“, erklärt Forbes. „Das ist entscheidend für die frühe Entwicklung von Planetensystemen, da Aluminium-26 die wichtigste frühe Wärmequelle ist. Mehr Aluminium-26 bedeutet wahrscheinlich trockenere Planeten.“

Das Team verwendete auch Daten des VISTA-Teleskops der Europäischen Südsternwarte, des Herschel Space Observatory der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), des Planck-Satelliten der ESA und des Compton Gamma Ray Observatory der NASA.

Publikation in Nature Astronomy:
John C. Forbes, João Alves, Douglas N. C. Lin. A Solar System formation analogue in the Ophiuchus star-forming complex. Nature Astronomy, 2021

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag Planeten-Embryos benützen radioaktive Elemente als Wärmequelle erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE).

9. April 2021 – Die niederländische Astronomin Ewine van Dishoeck (Universität Leiden, Niederlande und MPE Garching) hat zusammen mit einem internationalen Team einen Übersichtsartikel verfasst, der den Weg des Wassers im interstellaren Raum in bisher nicht bekannter Genauigkeit nachzeichnet. Die Erkenntnisse basieren im Wesentlichen auf Beobachtungen des Herschel-Weltraumobservatorium der ESA, das von 2009 bis 2013 im Einsatz war. Der Artikel, der in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde, fasst die gewonnenen Erkenntnisse zusammen und liefert neue Informationen über den Ursprung von Wasser auf neuen, möglicherweise bewohnbaren Welten.

Wie und wo entsteht Wasser im interstellaren Raum? Wie gelangt es schließlich auf Planeten wie der Erde? Diese Fragen waren vor zehn Jahren noch nicht gut verstanden. Ein Grund besteht darin, dass Beobachtungen mit bodengebundenen Teleskopen durch den Wasserdampf in unserer eigenen Atmosphäre beeinflusst werden. Im Jahr 2009 startete die ESA das Weltraumteleskop Herschel, das im fernen Infrarotbereich beobachten konnte und bis 2013 im Einsatz war. Eines der Hauptziele von Herschel war die Erforschung von Wasser im Weltraum. In den letzten Jahren wurden Dutzende von wissenschaftlichen Artikeln veröffentlicht, die auf Daten von Herschel über Wasser basieren. Nun wurden diese Ergebnisse zusammengefasst und um neue Erkenntnisse erweitert.

Der neue Übersichtsartikel beschreibt den Weg des Wassers während des gesamten Sternentstehungsprozesses, einschließlich der Zwischenstadien, die bisher wenig Beachtung gefunden hatten. Das meiste Wasser bildet sich als Eis auf winzigen Staubpartikeln in kalten und dünnen interstellaren Wolken vor der Sternentstehung, wie eine Arbeit, die von MPE-Direktorin Paola Caselli geleitet wurde, zeigte. Kollabiert eine solche Wolke zu neuen Sternen und Planeten, bleibt dieses Wasser weitgehend erhalten und wird schnell in Staubpartikeln, die so groß wie Kieselsteine werden können, verankert. In der rotierenden Scheibe um den jungen Stern bilden diese Kieselsteine dann die Bausteine für neue Planeten.

Außerdem haben die Forscher berechnet, dass die meisten neuen Sonnensysteme mit genügend Wasser geboren werden, um mehrere tausend Ozeane zu füllen. Ewine van Dishoeck: „Es ist faszinierend zu erkennen, was in einem Glas Wasser steckt, das man trinkt. Die meisten dieser Moleküle entstanden vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren in der Wolke, aus der sich unsere Sonne und die Planeten gebildet haben.“

Viele der früheren Herschel-Ergebnisse konzentrierten sich auf heißen Wasserdampf, der in der Nähe von neu entstehenden Sternen deutlich sichtbar ist und reichlich produziert wird. Aber dieses heiße Wasser geht durch starke Ausströmungen des jungen Sterns ins All verloren. Während die Forscher den Übersichtsartikel verfassten, gewannen sie mehr und mehr Einblick in die Chemie des kalten Wasserdampfes und des Eises. So konnten sie beispielsweise zeigen, dass interstellares Eis Schicht für Schicht auf Staubpartikeln wächst. Diesen Schluss zogen sie aufgrund der schwachen Signale von schwerem Wasser (HDO und D2O statt H2O).

Für die Zukunft hoffen die Forscher, mehr Wasser im Universum untersuchen zu können, vor allem in gerade entstehenden Planetensystemen. Das könnte allerdings noch eine Weile dauern, da das nächste mit Herschel vergleichbare Weltraumteleskop frühestens im Jahr 2040 starten soll. Ewine van Dishoeck: „Es gab eine Chance, dass ein ‚Wasserteleskop‘ um 2030 ins All gehen würde, aber dieses Projekt wurde gestrichen. Das ist schade, aber es war ein zusätzlicher Grund für unser Team, den Übersichtsartikel über Wasser zu schreiben. Auf diese Weise haben wir ein kollektives Gedächtnis, wenn eine neue Mission ansteht.“

Außerdem wird Ende 2021 das James Webb Weltraumteleskop gestartet, mit dem in einer europäisch-amerikanischen Kollaboration gebauten MIRI-Instrument an Bord. Dieses soll in der Lage sein, warmen Wasserdampf in den innersten Zonen von Staubscheiben aufzuspüren und somit einen Teil des bisher unerreichbaren Wassers zu beobachten. Und die ALMA-Teleskope in Chile können vom Boden aus Wasserdampf im All beobachten. Dazu gehört auch Wasser in fernen Galaxien, das sich bei im Vergleich zur Erdatmosphäre verschobenen Wellenlängen beobachten lässt.

Über das Herschel-Weltraumteleskop
Herschel war ein Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), das in Zusammenarbeit mit der NASA gebaut wurde. Seine Instrumente HIFI und PACS wurden für die Wasserforschung eingesetzt. HIFI wurde von einem Konsortium von Instituten und Universitätsabteilungen aus ganz Europa, Kanada und den Vereinigten Staaten unter der Leitung des SRON Netherlands Institute for Space Research, Niederlande, entwickelt und gebaut, mit wichtigen Beiträgen aus Deutschland, Frankreich und den USA. Das PACS-Instrument wurde von einem Konsortium von Instituten und Universitäten aus ganz Europa unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Deutschland entwickelt. Ewine van Dishoeck leitete die Wasserforschung im Rahmen des WISH-Programms.

Originalveröffentlichung
Ewine F. van Dishoeck et al.
Water in star-forming regions: physics and chemistry from clouds to disks as probed by Herschel spectroscopy
Accepted for publication in Astronomy & Astrophysics, 2021
Source: https://arxiv.org/abs/2102.02225

Der Beitrag Warum unser Trinkwasser mehrere Milliarden Jahre alt ist erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Star-Light.

Uranus ist der siebte Planet im Sonnensystem von der Sonne aus betrachtet. Er gehört zu den äußeren Planeten jenseits des Asteroidengürtels.

Seine Entdeckung wird Wilhelm Herschel (Astronom 15. Nov 1738 – 25. Aug 1822) zugeschrieben. Er erkannte als erster, dass es sich um einen Planeten handelt. Uranus ähnelt den anderen Gasriesen und ist doch etwas besonderes. Seine Achsneigung beträgt 97,77 Grad. Damit kann man Uranus mit einem vorwärts rollenden Ball vergleichen. Seine Durchschnittstemperatur ist mit -197 Grad die niedrigste im Sonnensystem.

Vieles was wir heute über Uranus wissen verdanken wir der „Grand Tour“ die Voyager 2 durch unser Sonnensystem machte und dabei im Januar 1986 am Uranus vorbei flog.
Bisher sind 27 Monde und 13 Ringe bekannt.

Die Monde sind nach Figuren aus William Shakespeare und Alexander Pope benannt. Im Vergleich mit der Erde hat Uranus die 14,5 fache Masse der Erde und ihren 4-fachen Durchmesser.

Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus molekularem Wasserstoff (82,5%), Helium 15,2 % und Methan 2,3%. Sollte es noch eine weitere Mission zum Uranus geben, könnte dies zur weiteren Entdeckungen von Ringen, oder Monden führen.

Zahlen Daten und Fakten über den Planeten hat die NASA in englischer Sprache im NASA Uranus Fact Sheet zusammengestellt

Der Beitrag Lexikon: Planet Uranus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA, University of Arizona.

Astronomen gehen davon aus, dass sich in unserem Universum etwa 100 bis 200 Milliarden Galaxien befinden. Diese ‚Sterneninseln‘ sind jedoch nicht gleichmäßig im Weltall verteilt, sondern sie treten im heutigen Universum – etwa 13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall – in der Regel vielmehr in relativ eng beieinander liegenden Konzentrationen von Dutzenden, Hunderten oder gar Tausenden von Galaxien auf.

Unklar ist bislang jedoch, wie sich diese Galaxienhaufen gebildet haben. Aus diesem Grund lautet eine der grundlegendsten Fragen der modernen Kosmologie: Wie haben sich diese riesigen Formationen, welche als die größten Strukturen des Universums gelten, einstmals in dessen Frühzeit geformt und wie lief der weitere Entwicklungsprozess dieser Galaxienhaufen ab? Zu dieser Fragestellung zählt auch die Rolle, welche die dunkle Materie bei der Formung dieser kosmischen Massenansammlungen gespielt hat.

Anhand der zusammengefassten Beobachtungsdaten der beiden von der europäischen Weltraumagentur ESA bis zum Jahr 2013 betriebenen Weltraumteleskope Herschel und Planck haben Astronomen jetzt Objekte im fernen Universum entdeckt, welche bereits existiert haben, als dieses gerade einmal drei Milliarden Jahre alt war. Aufgrund dieses Alters und ihrer Eigenschaften könnte es sich bei diesen Objekten um die Vorgänger der heute sichtbaren Galaxienhaufen handeln.

Das Weltraumteleskop Planck
Das wissenschaftliche Hauptziel des Weltraumteleskops Planck bestand darin, die bislang detaillierteste Vermessung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (engl. „Cosmic Microwave Background“, kurz „CMB“) – einem Überbleibsel aus der Zeit des Urknalls – durchzuführen. Zu diesem Zweck beobachtete Planck während seiner vier Jahre und fünf Monate andauernden Mission des gesamten Himmel auf neun verschiedenen Wellenlängen vom Ferninfraroten bis zum Funkbereich zwischen 30 und 857 Gigahertz. Gleichzeitig wurden bei diesen Beobachtungen jedoch auch Daten über die Vordergrundstrahlung der Milchstraße und der weiteren Galaxien gewonnen.

234 potenziellen Protocluster
Die Störeffekte dieser Vordergrundstrahlung müssen zur exakten Ermittlung der Hintergrundstrahlung sehr gut bekannt sein. Zugleich ist die Vordergrundstrahlung aber auch von einem eigenen wissenschaftlichen Interesse und dient zum Beispiel dem tieferen Verständnis der bei der Sternentstehung und -entwicklung ablaufenden Prozesse. Des weiteren konnten die an der Auswertung dieser ‚Kurzwellendaten‘ (gewonnen bei 857 GHz, 545 GHz und 353 GHz) beteiligten Wissenschaftler hierbei 234 ausgedehnte und helle Lichtquellen identifizieren, aus deren Lichtspektrum auf eine große Entfernung von über zehn Milliarden Lichtjahren zur Erde und somit auf eine Existenz im fernen, frühen Universum geschlossen wurde.

Anschließend führte das Weltraumteleskop Herschel weitere detaillierte Beobachtungen dieser Objekte im Fern-Infrarot- und im Sub-Millimeter-Bereich mit einer weitaus höherer Sensitivität und Winkelauflösung durch, als dies mit dem Planck-Teleskop möglich war. Diese Beobachtungen des Herschel-Instruments SPIRE erfolgten bei Wellenlängen von 250, 350 und 500 Mikrometern. Die 350- und 500-Mikrometer-Bandbreiten des SPIRE-Instruments überschnitten sich dabei mit dem „High Frequency Instrument“ (kurz „HFI“) des Planck-Teleskops bei 857 GHz und 545 GHz. Die Daten von Herschel führten bei diesen Beobachtungen zu der Erkenntnis, dass die große Mehrheit der zuvor von Planck entdeckten Quellen mit dichten Galaxienansammlungen im frühen Universum übereinstimmen und zudem eine enorme Geburtsrate neuer Sterne aufweisen.

In jeder dieser dort befindlichen jungen Galaxien konnte die Umwandlung von Gas und Staub in Sterne beobachtet werden, wobei einer jährlichen ‚Produktionsrate‘ neuer Sterne mit einer Gesamtmasse von mehreren 100 bis hin zu 1.500 Sonnenmassen ereicht wurde. Zum Vergleich: Innerhalb unserer Heimatgalaxie – der Milchstraße – entsteht gegenwärtig pro Jahr nur rund eine Sonnenmasse an neuen Sternen.

„Es war uns bisher nicht bekannt, ob junge Galaxien ihre Sterne eher gleichmäßig über einen längeren Zeitraum hinweg produzieren oder ob die Sternentstehung dort in schlagartig erfolgenden Ausbrüchen abläuft“, so Brenda L. Frye von der University of Arizona/USA. „Nun wissen wir, dass die Sternentstehung nicht langsam, sondern vielmehr wie bei einem Feuerwerk erfolgt. Es ist so, als würde man einen Marathonlauf mit einem Sprit beginnen und den Rest der Strecke im Gehen zurücklegen.“

Bisher konnten die Astronomen noch keine endgültigen Angaben zu dem Alter und der Lichtstärke vieler dieser neu entdeckten fernen Galaxienhaufen liefern. Allerdings steht bereits jetzt fest, dass diese Galaxienansammlungen die bisher vielversprechendsten Kandidaten für sogenannte ‚Protohaufen‘ darstellen – die Vorläufer der großen, ausgereiften Galaxienhaufen, welche von den Astronomen in dem gegenwärtigen Universum zu beobachten sind.

„Frühere Beobachtungsdaten von Herschel und anderen Weltraumteleskopen lieferten uns zwar bereits in der Vergangenheit Hinweise auf die Existenz diese Objekte, doch erst dank der umfassenden Himmelsbeobachtungen von Planck war es uns möglich, noch viele weitere Kandidaten zu entdecken und zu erforschen“, so Hervé Dole vom Institut d’Astrophysique Spatiale in Orsay/Frankreich, der Leiter der entsprechenden Studie. „Es gibt noch Vieles, das wir über diese neue Population herausfinden müssen. Dazu bedarf es weiterer Studien und Beobachtungen. Wir sind jedoch schon jetzt davon überzeugt, dass sie den fehlenden Schlüssel zur Entstehung kosmologischer Strukturen darstellen.“

„Aktuell arbeiten wir an einer umfassenden Katalogisierung aller möglichen von Planck entdeckten Protocluster. Dies sollte uns dabei helfen, noch viele weitere dieser Objekte zu identifizieren“, fügt Ludovic Montier hinzu, ein an den Untersuchungen beteiligter Wissenschaftler vom Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie des CNRS in Toulouse/Frankreich.

„Dieses fantastische Ergebnis haben wir der vereinten Leistung von Herschel und Planck zu verdanken. Anhand der Planck-Beobachtungsdaten des gesamten Himmels konnten seltene Objekte identifiziert werden, die Herschel anschließend detaillierter untersuchte“, so Göran Pilbratt, der für die Herschel-Mission verantwortliche ESA-Wissenschaftler. „Die Missionen der beiden Weltraumteleskope sind bereits seit dem Jahr 2013 abgeschlossen. Ihre immensen Datenmengen werden uns jedoch noch über viele weitere Jahre hinweg neue Einblicke in die zahlreichen Geheimnisse des Universums gewähren.“
Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Auswertung der Daten der Weltraumteleskope Herschel und Planck wurde am 19. März 2015 von den Wissenschaftlern der Planck-Collaboration unter dem Titel „High-redshift infrared galaxy overdensity candidates and lensed sources discovered by Planck and confirmed by Herschel-SPIRE“ in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ publiziert.
Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net

• Planck im Ruhestand (22. Oktober 2013)
• Vor dem ersten Licht (4. Oktober 2013)
• Herschel beleuchtet Geheimnis „junger alter“ Galaxien (24. Mai 2013)
• Weltraumteleskop Herschel: Mission beendet (1. Mai 2013)
• Plancks weiter Blick (21. März 2013)
• Herschels letzte Tage (5. März 2013)
• Planck-Teleskop findet Brücke zwischen zwei Galaxien (25. November 2012)
• Plancks HFI-Instrument stellt die Arbeit ein (16. Januar 2012)
• Herschel entdeckt Wasserdampf bei TW Hydrae (22. Oktober 2011)
• Herschel: Kometen als Wasserversorger? (9. Oktober 2011)
• Aufatmen: Herschel findet Sauerstoffmoleküle (6. August 2011)
• Himmel einmal durchmustert: Planck hat den Überblick (5. Juli 2010)
• Planck sieht sehr kalten Staub (17. März 2010)
• Immer kälter: Herschel und Planck (28. Mai 2009)
• Herschel und Planck auf dem Sprung (28. April 2009)
• Herschel und Planck: Ein Blick hinter die Kulissen (26. April 2009)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck
• Galaxienhaufen

Fachartikel der Planck-Collaboration:

• High-redshift infrared galaxy overdensity candidates and lensed sources discovered by Planck and confirmed by Herschel-SPIRE (vollständiger Artikel, engl.)

Der Beitrag Vorläufer der heutigen Galaxienhaufen entdeckt? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA, JPL. Vertont von Peter Rittinger.

Zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter befindet sich der Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems. In einer Entfernung zwischen 2,0 und 3,4 Astronomischen Einheiten zur Sonne befinden sich dort vermutlich mehrere Millionen Asteroiden mit Durchmessern von mehreren hundert Kilometern bis hinunter zu wenigen Metern. Bei dem größten und massereichsten der derzeit mehr als 600.000 dort entdeckten Objekte handelt es sich um den Zwergplanet (1) Ceres.

Ceres wurde bereits am 1. Januar 1801 von dem italienischen Astronomen Giuseppe Piazzi entdeckt und verfügt bei einer kugelähnlichen, leicht abgeplatteten Form über einen Durchmesser von etwa 975 x 909 Kilometern. Astronomen gehen davon aus, dass es sich bei (1) Ceres um einen differenzierten Protoplaneten handelt – eine Art „Vorplanet“, welcher vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer frühen Phase seiner Entwicklung hin zu einem „vollwertigen“ Planeten stecken geblieben ist – und der – vergleichbar mit dem inneren Aufbau der terrestrischen Planeten – über einen geschichteten Aufbau verfügt.

Um einen Kern, in dem sich Silikate und Metalle angesammelt haben, befindet sich demnach ein mehrere Kilometer dicker und kompakter Mantel aus Wassereis. Über diesem Mantel ist eine dünne Kruste abgelagert, welcher die sichtbare Oberfläche des Zwergplaneten darstellt. Radarmessungen und Beobachtungen mit verschiedenen Teleskopen haben zu dem Schluss geführt, dass die Oberfläche von Ceres offenbar weitflächig mit einer Schicht aus feinem Regolithstaub bedeckt ist. Diese sehr dunkle und kohlenstoffreiche Oberfläche erklärt auch die geringe Albedo von Ceres, welche einen Wert von lediglich 0,09 aufweist.

Im Rahmen verschiedener spektroskopischer Untersuchungen gelang den Wissenschaftlern in den vergangenen Jahren auf der Oberfläche von Ceres zudem der Nachweis von hydratisierten Mineralen, in deren Kristallstruktur ebenfalls Wasser fest eingebunden ist. Insgesamt, so die Planetenforscher, dürfte der Wassereisanteil etwa 17 bis 27 Prozent der Gesamtmasse von Ceres ausmachen. Dieser Wert ergibt sich aus der relativ niedrigen mittleren Dichte von lediglich rund 2,077 Gramm pro Kubikzentimeter.

Freisetzung von Wasserdampf
Zwischen dem November 2011 und dem März 2013 – und somit nur wenige Wochen vor der planmäßigen Beendung der Mission – wurde (1) Ceres im Rahmen des MACH-11-Programms (kurz für „Measurements of 11 Asteroids and Comets with Herschel“) mehrfach mit dem HIFI-Instrument an Bord des Weltraumteleskops Herschel beobachtet. Dabei gelang den beteiligten Wissenschaftlern der Nachweis von Wasserdampf in der unmittelbaren Umgebung des Zwergplaneten, wobei sogar die Quellregionen des Dampfes lokalisiert werden konnten.

Mit dem HIFI-Instrument (kurz für „Heterodyne Instrument for the Far-Infrared“) – einem Spektrometer, welches im fernen Infrarotbereich arbeitet und besonders gut für den Nachweis von Wasseremissionen geeignet ist – konnte die Oberfläche von Ceres zwar nicht räumlich aufgelöst werden. Allerdings erfolgten die vier Beobachtungen über Zeiträume von jeweils mehreren Stunden hinweg. Ceres benötigt für eine komplette Drehung um seine Rotatiosachse lediglich neun Stunden, vier Minuten und 30 Sekunden. Aus diesem Grund variierten die bei den jeweiligen Messungen ermittelten Wasserdampfkonzentrationen während der Beobachtungszeiten deutlich erkennbar.

Hierdurch wurden letztendlich zwei spezielle Regionen auf der Oberfläche von Ceres als die Quellen für den freigesetzten Wasserdampf ausgemacht. Diese Gebiete verfügen über Ausdehnungen von jeweils rund 60 Kilometern, liegen in den mittleren Breiten auf gegenüberliegenden Seiten der Ceres-Oberfläche und sind beide etwa fünf Prozent dunkler als die umliegenden Gebiete.

Im Durchschnitt, so das Ergebnis der Beobachtungen, gibt der Zwergplanet Ceres pro Sekunde etwa sechs Kilogramm Wasserdampf ins Weltall ab. Nur ein Teil davon kann allerdings die Fluchtgeschwindigkeit von 520 Meter pro Sekunde überwinden und gelangt nach dem Verlassen des Gravitationsfeldes von Ceres tatsächlich ins freie Weltall.

Wie entsteht der Wasserdampf?
Diese Entdeckung erlaubt auch Aussagen darüber, welcher Vorgang die Freisetzung des Wasserdampfes sehr wahrscheinlich verursacht: Ceres umrundet die Sonne auf einer exzentrischen Umlaufbahn, welche zwischen 2,546 und 2,987 Astronomische Einheiten angesiedelt ist. Da der Zwergplanet lediglich neun Prozent des auf die Oberfläche einfallenden Sonnenlichts in den Weltraum zurückstrahlt, erhöht sich die Oberflächentemperatur im Bereich des sonnennächsten Punktes der Umlaufbahn dementsprechend.

„Frühere Beobachtungen legten bereits nahe, dass Ceres unter seiner sichtbaren Oberfläche eine Zone aus gefrorenem Wasser verbirgt. Dieser Eismantel könnte an manchen Stellen bis an die Oberfläche reichen. Wenn sich Ceres nun auf seiner elliptischen Umlaufbahn der Sonne nähert, erwärmt sich das Eis auf der Oberfläche. Teile davon sublimieren, das heißt, das Eis verdampft ohne vorher zu schmelzen. Der Prozess wäre demnach ganz ähnlich wie auf einem Kometen“, so Michael Küppers, Planetologe bei der ESA und Erstautor einer entsprechenden Studie, welche kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature“ publiziert wurde.

Ceres setzt vor allem dann Wasserdampf frei, wenn sich der Zwergplanet im sonnennächsten Bereich seiner Umlaufbahn befindet. Die Tatsache, dass die identifizierten Quellregionen über eine noch einmal dunklere Oberfläche verfügen und somit auch mehr Sonnenenergie speichern als der Rest der Ceres-Oberfläche, könnte den Sublimationsprozess zusätzlich begünstigen.

Eine alternative Erklärung für die kometenähnliche „Aktivität“ von Ceres wäre, dass sich tief im Inneren des Himmelskörpers größere Mengen an langlebigen radioaktiven Elementen befinden. Durch die natürlichen radioaktiven Zerfallsprozesse würde Wärme freigesetzt, welche das im Mantel befindliche Wassereis zum Schmelzen bringt. Dieses Wasser würde sich einen Weg an die Oberfläche bahnen und schließlich zu einer kryovulkanischen Aktivität führen.

Ausgeschlossen werden kann dagegen ein Impakt-Szenario. Der über längere Zeiträume erfolgte Nachweis von gleich zwei Quellen zeigt, dass es sich nicht um ein einmalig aufgetretenes Ereignis handelt, welches zum Beispiel durch den Einschlag eines anderen Himmelskörpers auf der Oberfläche von Ceres verursacht wurde, sondern vielmehr um einen dauerhaft ablaufenden Vorgang. Auch gravitative Gezeitenkräfte, welche unter anderem für den Kryovulkanismus auf dem Saturnmond Enceladus verantwortlich sind (Raumfahrer.net berichtete) können im Fall von Ceres ausgeschlossen werden.

Raumsonde DAWN wird Antworten liefern
Welches der beiden zuerst erwähnten Szenarien tatsächlich für die Freisetzung von Wasserdampf in der Umgebung von Ceres verantwortlich ist konnte bisher nicht abschließend geklärt werden. Die meisten Indizien sprechen jedoch für das Sublimations-Szenario. Allerdings haben die Planetenforscher eine Trumpfkarte in der Hinterhand – nämlich die Raumsonde DAWN.
Die am 27. September 2007 gestartete Raumsonde schwenkte am 16. Juli 2011 in eine Umlaufbahn um den Asteroiden (4) Vesta ein und untersuchte diesen drittgrößten Himmelskörper im Bereich des Asteroidengürtels anschließend ausführlich mit den drei mitgeführten Instrumenten. Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei Vesta im Jahr 2012 setzte die Raumsonde ihre Reise durch unser Sonnensystem fort. Im März 2015 wird DAWN ihr zweites und finales Reiseziel, den Zwergplaneten Ceres, erreichen und auch diesen Himmelskörper aus einem Orbit heraus über mehrere Monate hinweg erkunden.

Mit dem im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitenden VIR-Spektrometer und dem Gamma- und Neutronenspektrometer GRAND wird es dann möglich sein, die Wasserdampfemissionen und die dafür verantwortlichen Quellregionen näher zu erfassen und eingehend zu untersuchen. Des weiteren wird ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau entwickeltes und gebautes Kamerasystem, die aus zwei identischen Optiken bestehende Framing Camera, zum Einsatz kommen und hochaufgelöste Aufnahmen von der Ceres-Oberfläche liefern.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.
Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Herschel-Untersuchungen des Zwergplaneten Ceres wurden am 23. Januar 2014 von Michael Küppers et al. unter dem Titel „Localized sources of water vapour on the dwarf planet (1) Ceres“ in der Fachzeitschrift „Nature“ publiziert.
Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Vestas verborgene Sehenswürdigkeiten (15. Dezember 2013)
• Ein Atlas des Asteroiden (4) Vesta (12. September 2013)
• Rätselhafte Hangrinnen auf Vesta (11. September 2013)
• Die Geologie des Protoplaneten Vesta (11. September 2013)
• Vestas dunkle Oberfläche (5. Januar 2013)
• Vesta: Ein differenzierter Protoplanet (27. September 2012)
• Raumsonde DAWN: Wasserstoff auf Vesta (26. September 2012)
• Raumsonde DAWN verlässt Vesta (1. September 2012)
• DAWN hat niedrigsten Orbit um Vesta erreicht (26. Dezember 2011)
• DAWN: Erste Ergebnisse vom Asteroiden Vesta (4. Oktober 2011)
• DAWN erreicht niedrigeren Orbit um Vesta (2. Oktober 2011)
• DAWN sendet wissenschaftliche Daten (14. August 2011)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Asteroidengürtel
• Mission DAWN

Fachartikel von Michael Küppers et al.:

• Localized sources of water vapour on the dwarf planet (1) Ceres (Abstract, engl.)

Der Beitrag Wasserdampf beim Zwergplaneten Ceres erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: ESA, pole.uchicago.edu.

Das ESA-Teleskop Herschel war erst im Juni diesen Jahres, nach vierjähriger Missionsdauer, von seiner Position im Lagrange-Punkt 2 in eine Friedhofsbahn um die Sonne eingeschossen worden, nachdem im April die mitgeführten Vorräte an Kühlmittel für die hochempfindlichen Instrumente endgültig zur Neige gegangen waren.

Die Auswertung der bis dahin gesammelten und zur Erde übertragenen Daten hat, wie Anfang dieser Woche bekannt wurde, erneut ein ungewöhnlich faszinierendes Resultat erbracht: Die Möglichkeit zur Betrachtung des Universums in einem Zustand noch vor dem ersten Sichtbarwerden elektromagnetischer Strahlung.

Die bisherige Grenze empirischer astronomischer Erkenntnis über die Frühzeit des Universums stellte ein Zeitpunkt etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall dar. Ab diesem Moment, in kosmischen Maßstäben nur einen Wimpernschlag nach ihrer eigentlichen Entstehung, war die kosmische „Ursuppe“ bereits so weit abgekühlt, dass sie für die dann schon vorhandene Strahlung durchlässig wurde. Dieses erste Aufleuchten des entstehenden Universums kennen wir heute als schwache kosmische Hintergrundstrahlung (CMB) mit einer Temperatur von etwas mehr als 2,7 Kelvin. Die ebenfalls europäische Teleskopmission Planck hatte im März 2013 die bis dato genauste Gesamtkartierung der Hintergrundstrahlung und ihrer örtlich minimal ungleich verteilten Intensität abgeschlossen. Das für die jüngste Forschung zusätzlich eingesetzte, erdgestützte South Pole Telescope (SPT), betrieben von einem Verbund amerikanischer Universitäten und der National Science Foundation, ist ebenfalls explizit auf die umfassende Kartierung des CMB im (Sub-)Millimeterspektrum spezialisiert.

Um Informationen über die Zustände in der Phase der sogenannten „Inflation“, also jener sehr aktiven Zeitspanne vor der ausreichenden Abkühlung und damit direkten Sichtbarkeit des Kosmos, zu erlangen, hatte man sich nun unter Astronomen für dieses Forschungsprojekt einen besonderen Kniff einfallen lassen: Es wurden erstmalig großflächige Aufnahmen des CMB durch das SPT mit Herschel-Daten im Infrarotspektrum über die Gravitationsverteilung des bekannten Universums zusammengeführt. Das antarktische 10-Meter Teleskop zeichnete dabei insbesondere bestimmte polarisierte Anteile der Hintergrundstrahlung (B-modes) mit seinem Instrument SPTpol auf. Von diesen B-modes ist bekannt, dass sie etwa durch den Einfluss von Gravitationslinsen auf den CMB im post-inflationären Zustand des Universums entstehen konnten. Polarisierte Anteile diesen Ursprungs wurden nun vom SPT erfasst und für die gerade vorgelegten Ergebnisse mit Hilfe von Herschels Daten über mögliche Quellen des Gravitationslinsen-Effekts ausgewertet. Mit diesem Verfahren gelingt offenbar nicht nur das effiziente Aufspüren von B-modes, sondern in umgekehrter Weise auch die Lokalisation sonst nicht auszumachender Gravitationsquellen wie Dunkler Materie.
Für den Blick noch weiter zurück in die Vergangenheit des Kosmos werden allerdings B-modes mit anderer Herkunft, sogenannte „primordiale B-modes“ relevant. Sie sind von noch während der Inflation entstandenen Gravitationseffekten, die Astrophysiker sprechen von „Gravitationswellen“, beeinflusst und damit Träger von Informationen aus einer bisher unerreichbar geglaubten Vergangenheit. Obwohl diese „Subspezies“ von B-modes der Hintergrundstrahlung nochmals schwerer fassbar ist als jene mit post-inflationärem Ursprung, haben Herschel und das SPT mit ihrer Beobachtung des letzteren Typs nachgewiesen, dass eine sensorische Erfassung der polarisierten Anteile des CMB grundsätzlich möglich ist.

Bereits im kommenden Jahr soll Planck gewissermaßen posthum, das Teleskop ist inzwischen auch inaktiv, mit der Veröffentlichung neuen Materials in dieser Frage nachlegen können, so hoffen die Forscher.

Diskutieren Sie mit:

• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck
• Ariane 5 ECA V-188 mit *Herschel* / *Planck*
• Urknall

Der Beitrag Vor dem ersten Licht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: ESA, NASA.

Astronomen haben bei einer genaueren Analyse bereits vorliegender Daten des Teleskops den Verschmelzungsprozess zweier Galaxien aufgelöst. Bei einer weiterführenden Untersuchung, auch mit Hilfe weiterer Teleskope, stellte sich dann heraus, dass diese erste Abbildung im fernen Infrarotbereich möglicherweise im Stande ist, ein vergleichsweise neues, bislang ungelöstes kosmisches Verständnisproblem zu lösen: Wieso existierten schon vor etwa zehn Milliarden Jahren, im noch recht jungen Universum, scheinbar alte Galaxien, die ihren Materievorrat zur Neubildung von Sternen bereits aufgebraucht hatten? Ihre Vorkommen widerspricht bisher insofern wissenschaftlichen Erwartung, als zu einem Zeitpunkt, nur drei bis vier Milliarden Jahre nach dem Urknall, das Vorkommen junger, aktiver Galaxien die Regel darstellen sollte.

Herschel hilft nun zu zeigen, so das gestern veröffentlichte Ergebnis der Forscher, wie Galaxien einen beschleunigten „Alterungsprozess“ erfahren können, wenn sie aus der Verschmelzung mehrerer solcher aktiver Spiralgalaxien hervorgehen. Im Zuge ihrer Kollision wird die Entstehungsrate neuer Sterne so enorm gesteigert, dass der Vorrat an frei vorkommenden Gaswolken, die das Ausgangsmaterial neuer Sterne darstellen, rasch aufgebraucht ist. Dieser beschleunigte Prozess kann, wie im Falle der nun beobachteten Verschmelzung, den besagten Materievorrat der aufeinandertreffenden Galaxien innerhalb nur weniger hundert Millionen Jahre verschlingen. Zurück bleiben als Endprodukt große, elliptische Galaxien mit einer erheblichen Anzahl relativ kalter und langlebiger, roter Sterne. Die Geburt neuer Gestirne findet dort weitgehend nicht mehr statt, was diese Riesengebilde, in kosmischer Hinsicht, zu quasi „toten“ Zonen macht. Das konkret von Herschel abgelichtete verschmelzende Galaxiensystem, bisher mit HXMM01 bezeichnet, befindet sich noch in der Anfangsphase seiner voraussichtlich etwa eine Milliarde Jahre dauernden Kollisionsbewegung. In seinem gegenwärtig sichtbaren Zustand stellt HXMM01 die aktivste und effizienteste bisher bekannte Entstehungsstätte für neue Sterne überhaupt dar. Etwa 2000 Objekte von ähnlicher Dimension wie unsere Sonne entstehen dort Schätzungen zufolge pro Jahr. In anderen Galaxien sind dies im selben Zeitraum nur einige wenige, in unserer Milchstraße gar nur etwa ein Stern. Nach der Entdeckung des Phänomens im Ferninfrarot durch Herschel, erfolgte weitere Beobachtung durch bodengestützte Observatorien rund um den Globus, sowie die Hubble-, Spitzer- und das XMM-Newton-Weltraumteleskope der NASA und der ESA.

Diskutieren Sie mit:

• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Der Beitrag Herschel beleuchtet Geheimnis „junger alter“ Galaxien erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

Das Weltraumteleskop Herschel wurde am 14. Mai 2009 an Bord einer Rakete vom Typ Ariane 5 gestartet. Mit einem Hauptspiegel-Durchmesser von 3,5 Metern handelt es sich um das bisher größte und leistungsfähigste Infrarot-Weltraumteleskop. Seine beiden Kameras beziehungsweise abbildenden Spektrometer, die Instrumente PACS (kurz für „Photoconductor Array Camera and Spectrometer“) und SPIRE (kurz für „Spectral and Photometric Imaging Receiver“), deckten Wellenlängen zwischen 55 und 670 Mikrometer ab. Ein drittes Instrument, das sehr hoch auflösende Spektrometer HIFI, deckte die Bandbreiten von 157 bis 212 Mikrometer und 240 bis 625 Mikrometer ab.

Alle drei Instrumente befanden sich in einem mit flüssigem Helium auf eine Temperatur von -271 Grad Celsius gekühlten Kryostat. Zu Missionsbeginn verfügte das Weltraumteleskop über einen Vorrat von 2.300 Liter Flüssighelium, welches sich seit der letzten Tankauffüllung einen Tag vor dem Missionsstart langsam, aber unaufhaltsam verflüchtigt hat. Die stetig erfolgende Verdunstung des Flüssigheliums war die Voraussetzung für die Kühlung der drei Instrumente auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Diese tiefen Temperaturen sind notwendig, damit die Detektoren der Instrumente das kalte Universum überhaupt im Bereich der Infrarotstrahlung beobachten können. Bei höheren Temperaturen würde die aus dem Weltall stammende Strahlung von der Eigenwärme und dem Rauschen der Instrumente überlagert.

Bei dem täglichen Funkkontakt zwischen dem Welktraumteleskop und der zuständigen Bodenstation in Westaustralien wurde am 29. April 2013 bei allen drei Instrumenten ein deutlicher Temperaturanstieg festgestellt. Dies, so die Europäische Weltraumagentur ESA, ist darauf zurückzuführen, dass der Kühlmittelvorrat jetzt endgültig aufgebraucht ist.

„Herschel hat alle Erwartungen übertroffen und uns eine unglaubliche Fülle an Daten beschert, mit deren Auswertung die Astronomen noch mehrere Jahre lang beschäftigt sein werden“, so Prof. Alvaro Giménez, ESA-Direktor für Wissenschaft und robotische Exploration.

Während seiner Missionszeit hat das Weltraumteleskop Herschel über 35.000 wissenschaftliche Beobachtungen durchführen können und dabei mehr als 25.000 Stunden an wissenschaftlichen Daten aus mehr als 600 Beobachtungsprogrammen zusammengestellt. Hinzu kommen noch weitere 2.000 Stunden für Kalibrierungsbeobachtungen. Der im Rahmen dieser Beobachtungen gewonnene riesige Datensatz wird im Europäischen Weltraumastronomiezentrum (ESAC) bei Madrid verwaltet. Dieses Datenarchiv bildet das eigentliche Vermächtnis der Mission. Von der Auswertung versprechen sich die Wissenschaftler noch wesentlich mehr Entdeckungen, als dies in dem Einsatzzeitraum von Herschel möglich war.

„Herschel hat uns ein neues Bild des bisher verborgenen Teils des Universums präsentiert und bisher nicht beobachtbare Prozesse bei der Entstehung von Sternen und Galaxien aufgezeigt. Seine Daten ermöglichen uns auch die Untersuchung von Wasservorkommen im All, sei es in Molekülwolken oder neugeborenen Sternen und ihren protoplanetaren Scheiben und Kometengürteln“, so Dr. Göran Pilbratt, ESA-Projektwissenschaftler für Herschel.

Blick auf die Geburt der Sterne
Herschels atemberaubende Bilder ineinander verwobener Staub- und Gasfilamente in unserer Milchstraße sind eine Art illustrierte Geschichte der Sternenentstehung. Diese einzigartigen Beobachtungen im langwelligen Infrarot haben den Astronomen eine neue Vorstellung davon gegeben, wie Turbulenzen Gas im interstellaren Raum aufwirbeln und so filament- und netzartige Strukturen innerhalb kalter Molekülwolken entstehen lassen. Bei entsprechenden Umgebungsbedingungen gewinnt dann die Schwerkraft die Überhand und zerteilt die Globulen in kompakte Kerne. Tief eingebettet darin befinden sich die Protosterne, die „Embryonen“ neu entstehender Sonnen, welche den sie umgebenden Staub auf gerade einmal ein paar Grad über dem absoluten Nullpunkt „aufwärmen“ und somit Herschels äußerst empfindlichen Instrumenten ihre Existenz verraten haben.

Auf den Spuren des Wassers

In den ersten Jahrmillionen im Leben neugeborener Sterne kann in der sie umgebenden dichten Gas- und Staubscheibe die Entstehung von Planeten beobachtet werden. Herschel hat dabei insbesondere nach Wasser geforscht, welches für die Entstehung von Leben in der uns bekannten Form von entscheidender Bedeutung ist, und dessen Vorkommen sowohl in den die Sternenembryos umgebenden Wolken als auch in protoplanetaren Scheiben erfasst. In diesen Scheiben konnte das Weltraumteleskop Wasserdampfvorkommen in der Größenordnung Tausender Erdozeane feststellen, wobei die Eisvorkommen auf Staubkörnern und Kometen noch um einiges höher ausfielen.

Innerhalb unseres Sonnensystems konnte Herschel außerdem die Zusammensetzung des Wassereises des Kometen Hartley-2 analysieren, dessen Isotopenverteilung praktisch dieselbe ist wie die des Wassers auf unserem Heimatplaneten. Diese Ergebnisse sind neuer Stoff für die Debatte, wie viel Wasser in der Frühzeit des Sonnensystems durch Kometeneinschläge auf die Erde verfrachtet wurde. Zusammen mit den Beobachtungen riesiger Kometengürtel anderer Sterne erhoffen sich die Astronomen nun eine Antwort auf die Frage, ob ein ähnlicher Prozess auch in anderen Planetensystemen stattfinden könnte.

Weit entfernte Galaxien
Herschel hat auch das Wissen der Menschheit über die Entstehung von Sternen erweitert, und zwar in Größenordnungen, welche tief in den kosmischen Raum hinein- und weit in die Zeit zurückreichenden. Bei der Beobachtung weit entfernter Galaxien konnte das Weltraumteleskop selbst in der Frühzeit des Universums vor 13,8 Milliarden Jahren vielerorts hohe „Sternentstehungsraten“ feststellen. Dabei wurden jährlich Hunderte bis Tausende neuer Sterne von der Masse unserer Sonne beobachtet. Im Vergleich dazu kommt unsere Milchstraße im Schnitt lediglich auf einen neuen sonnenähnlichen Stern pro Jahr.

Die Frage, wie Galaxien in den ersten Jahrmilliarden des Universums Sterne in solch riesigen Mengen hervorbringen konnten, ist für Wissenschaftler, die sich mit der Entstehung und Entwicklung von Galaxien beschäftigen, weiterhin ein Rätsel. Die durch Herschel gewonnenen Daten lassen vermuten, dass den Galaxien in der Frühzeit des Universums größere Gasmengen zur Verfügung standen, was diese hohen Wachstumsraten selbst ohne Kollisionen zwischen Galaxien ermöglichte, welche normalerweise Voraussetzung für die Auslösung solch explosionsartiger Vermehrungen notwendig sind.

„Auch wenn Herschel keine Messungen mehr vornehmen kann, ist dies noch lange nicht das Ende der Mission: Uns steht noch eine Fülle an Entdeckungen bevor“, so Dr. Pilbratt. „Wir werden unsere Arbeit jetzt darauf konzentrieren, die Daten in Form möglichst perfekter Karten, Spektren und verschiedener Kataloge zugänglich zu machen, um so die Astronomen bei ihren laufenden und künftigen Arbeiten zu unterstützen. Natürlich sind wir betrübt darüber, dass die Beobachtungen nun ein Ende haben. Deshalb möchte ich an dieser Stelle abschließend sagen: Danke, Herschel!“
„Herschels revolutionäre wissenschaftliche Ausbeute verdanken die Astronomen nicht zuletzt der hervorragenden Arbeit europäischer Unternehmen, Einrichtungen und Hochschulen bei Entwicklung, Bau und Betrieb dieses Weltraumobservatoriums und seiner Instrumente“, so Dr. Thomas Passvogel, ESA-Projektleiter für die Weltraumteleskope Herschel und Planck. Die Mission brachte auch eine Reihe technologischer Fortschritte mit sich, die künftigen Weltraummissionen und einer möglichen Nutzung von Raumfahrttechnologien in raumfahrtfremden Bereichen zugute kommen können. Genannt seien hier die Entwicklung fortschrittlicher kryotechnischer Systeme, der Bau des bisher größten Weltraumteleskopspiegels und der Einsatz der empfindlichsten direkten Sensoren für Licht im langwelligen Infrarot bis in den Millimeterbereich. Die Herstellungsmethoden für Herschel kommen bereits bei der nächsten Generation von Weltraummissionen der ESA zum Einsatz, unter anderem bei der Mission GAIA.
Das Weltraumteleskop wird noch für einige Zeit mit seinen Bodenstationen in Funkkontakt bleiben, wobei noch eine Reihe technischer Tests durchgeführt werden sollen. Den Flugbetrieb gewährleisten die ESA-Teams am Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESA/ESOC in Darmstadt. Nach einer abschließenden Testphase soll das Teleskop dann im Mai 2013 auf eine längerfristig stabile Umlaufbahn um die Sonne befördert werden.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Der Beitrag Weltraumteleskop Herschel: Mission beendet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA, JPL.

Bereits im Jahr 1997 gelang den Planetenforschern mit dem am 17. November 1995 gestarteten Infrared Space Observatory (ISO) der Nachweis, dass die obere Atmosphäre des Jupiters, des größten Planeten unseres Sonnensystems, deutlich erkennbare Spuren von Wasser enthält. Der Ursprung dieses Wassers war für die Planetenforscher während der letzten 15 Jahre allerdings ein ungelöstes Rätsel.

Das Innere des Jupiters, wo sich größere Mengen an Wasserdampf befinden, scheidet dabei als Quelle definitiv aus. Um die obersten Schichten der Jupiteratmosphäre – die Stratosphäre – zu erreichen, müsste aus dem Inneren des Jupiters entweichendes Wasser zunächst eine zwischen der tiefer gelegenen Troposphäre und der Stratosphäre gelegene Zone passieren, in welcher extrem tiefe Temperaturen vorherrschen. Beim Durchqueren dieser „Kältefalle“ würden die Wassermoleküle ausfrieren und – noch bevor sie die Stratosphäre erreichen – in Form von Eiskristallen in die Troposphäre zurückfallen.

Somit kommt für das nachgewiesene Wasser lediglich eine externe Quelle in Frage. Im Rahmen der entsprechenden Analysen kam schließlich die Vermutung auf, dass ein Komet, welcher drei Jahre zuvor mit dem Jupiter kollidierte, als „Wasserträger“ fungiert haben könnte. Im Juli 1994 stürzten insgesamt größere 21 Fragmente des Kometen Shoemaker-Levy 9 in die Jupiteratmosphäre und hinterließen auf der südlichen Hemisphäre des Jupiters noch über mehrere Monate hinweg deutlich erkennbare Spuren.

Weitere „Verdächtige“ waren in den Augen der Wissenschaftler das Ringsystem des Jupiters, welches sich neben Staub auch aus Wassereispartikeln zusammensetzt, verschiedene mit einer eisbedeckten Oberfläche versehene Jupitermonde und interplanetare Eis- und Staubpartikel, welche durch das Gravitationsfeld des Jupiters eingefangen werden und schließlich in dessen Atmosphäre eintreten. Allerdings war die Qualität der bisher zur Verfügung stehenden Beobachtungsdaten zu schlecht, um die einzelnen Theorie mit ausreichender Sicherheit bestätigen oder ausschließen zu können.

Jetzt konnte jedoch ein Team unter der Leitung von Thibault Cavalié vom Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux/Frankreich nachweisen, dass das in der oberen Jupiteratmosphäre vorhandene Wasser tatsächlich von dem Kometen Shoemaker-Levy 9 stammt.

Für ihre Forschungen nutzten die beteiligten Wissenschaftler die Instrumente HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared) und PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer), welche sich an Bord des Infrarot-Weltraumteleskops Herschel befinden und mit denen der Jupiter in den Jahren 2009 und 2010 mehrfach intensiv untersucht wurde. Erst diese Instrumente lieferten aufgrund ihrer hohen Messempfindlichkeit die erforderlichen Daten, um eine hochaufgelöste vertikale und horizontale Kartierung der Wasserverteilung in der oberen Jupiteratmosphäre durchzuführen.

Hierbei stellte sich heraus, dass die chemische Signatur des Wassers auf der südlichen Planetenhemisphäre eine zwei- bis dreimal höhere Konzentration aufweist als auf der nördlichen Planetenhälfte. Die Untersuchungen mit dem Herschel-Weltraumteleskop zeigen außerdem, dass sich der überwiegende Teil des Wassers in Luftschichten konzentriert, welche über einen Druck von weniger als zwei bis drei Millibar verfügen. Gleichzeitig fällt die Wasserkonzentration im Bereich der Regionen am höchsten aus, an denen im Jahr 1994 die Fragmente von Shoemaker-Levy 9 in die Jupiteratmosphäre eintraten.
Eine derartig unsymmetrische Verteilung des Wassergehalts in der Planetenatmosphäre, so die Wissenschaftler, lässt sich nicht mit einem permanent erfolgenden Einfall eishaltiger Staubpartikel erklären, denn dies hätte eine deutlich homogenere Verteilung des Wassers in der gesamten oberen Atmosphäre zur Folge. Vielmehr ist hierfür ein einziges Ereignis, eben der Einschlag der Fragmente von Shoemaker-Levy 9, verantwortlich.

Die Mitarbeiter des von Thibault Cavalié geleiteten Teams gehen davon aus, dass rund 95 Prozent des gegenwärtig in der Stratosphäre des Jupiters befindlichen Wassers von dem Kometen Shoemaker-Levy-9 stammt. Diverse in den Jahren 2009 und 2010 von Amateurastronomen beobachteten Eintritte von deutlich kleineren Objekten in die Jupiteratmosphäre haben dagegen offenbar – genauso wie die trotzdem nicht auszuschließenden Interaktionen mit den Ringen und Monden oder dem Eintritt von interplanetaren Partikeln – keine signifikanten Auswirkungen auf den Wassergehalt der obersten Atmosphärenschicht gehabt.

„Da der Großteil des gegenwärtig in der Jupiter-Stratosphäre befindlichen Wassers zu einem einzigen Zeitpunkt freigesetzt wurde gehen wir davon aus, dass dessen Anteil im Laufe der Jahre langsam zurückgehen wird. Um diese Annahme zu überprüfen beabsichtigen wir, den Jupiter auch zukünftig zu überwachen“, so Thibault Cavalié. Hierzu soll zukünftig unter anderem das bereits seit dem Jahr 2001 aktive Weltraumteleskop Odin genutzt werden.

Im Januar 2030, so die aktuellen Planungen, soll die von der ESA betriebene Raumsonde JUICE den Jupiter erreichen und den Planeten anschließend über einen Zeitraum von mehreren Jahren untersuchen. Es wird erwartet, dass sich auch zu diesem Zeitpunkt noch signifikante Mengen an Wasser in der obersten Atmosphärenschicht des Jupiters befinden, welche dann mit den Instrumenten dieser derzeit noch in der Planungsphase befindlichen Raumsonde untersucht werden sollen.

Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse von Thibault Cavalié et al. wurden kürzlich unter dem Titel „Spatial distribution of Water in the Stratosphere of Jupiter from Herschel HIFI and PACS Observations“ in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Jupiter
• JUICE
• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Fachartikel von Thibault Cavalié et al.:

• Spatial distribution of Water in the Stratosphere of Jupiter from Herschel HIFI and PACS Observations (Abstract, engl.)

Der Beitrag Jupiter: Wasser durch Kometeneinschläge erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: ESA, Wikipedia. Vertont von Peter Rittinger.

Herschel, dessen Vorrat an Kühlmittel für seine astronomische Sensorik nun rapide zur Neige geht, hat im fernen Infrarotbereich von 100 bis 160 μm eine stark, ringförmige Abstrahlung um den Stern κ Coronae Borealis lokalisieren können. Diese scheint von einem großen Ring aus Staub und Geröll auszugehen, der sich über große Bereiche des dortigen Planetensystems erstreckt. Bisher war schon bekannt, dass zumindest ein großer Exoplanet, oder ein ähnliches Objekt planetarer Masse, ebenfalls dort existiert

κ CrB ist ein sogenannter Unterriese der Spektralklasse K, dessen Masse etwa dem 1,5-fachen unserer Sonne entspricht und der vermutlich etwa halb so alt ist wie unser Heimatstern. Er nähert sich dem Ende seines Lebenszyklus‘ und befindet sich in einer frühen Phase der Volumen-Expansion hin zu einem Roten Riesen. Damit entspricht sein Beispiel dem typischen Verhalten massearmer Sterne, deren Reservoire an fusionierbarem Wasserstoff im Kern aufgebraucht ist. Das Aufblähen dieser Giganten geschieht infolge der dann einsetzenden Prozesse des Helium- und Schalenbrennens

Genau aus diesem Grund erscheint er für die Forschung so interessant: bislang sind keine weiteren Sterne dieses Typs bekannt, die sowohl Planeten als auch einen markanten Staubgürtel in ihrem System beherbergen. Aufgrund dieses Alleinstellungsmerkmals, und auch hinsichtlich der Auswirkungen expandierender Riesensterne auf ihr Planetensystem, besteht dementsprechend einiges Forschungsinteresse.

Die vorliegenden Beobachtungen sprechen dafür, dass der gut sichtbare Gürtel aus dem Material zahlreicher kollidierter Asteroiden besteht. Dies vorausgesetzt erstaunt aber die Tatsache, dass er offenbar nur wenig jünger ist als der Stern den er umkreist. Aus dem Sonnensystem ist eine solche Langlebigkeit bisher nicht bekannt. Hier haben die inneren Planeten schon frühzeitig als regelrechte „Staubsauger“ gewirkt und sämtliches Restmaterial in relativer Sonnennähe durch Kollision absorbiert. Bei κ CrB war dies hingegen augenscheinlich nicht der Fall. Die Astronomen haben nun grundsätzlich drei mögliche Varianten für die Konfiguration der Sternumgebung ausgemacht:

1. Der beobachtete Gürtel schließt nach außen hin an einen inneren Planeten an, der sich auf einer Bahn mit einem Radius von mindestens sieben Astronomischen Einheiten um den Unterriesen bewegt. Die Scheibe aus Staub und Geröll hätte in diesem Modell eine enorme, weitgehend ununterbrochene Ausdehnung von 20 bis 220 AE Entfernung vom Zentralgestirn.
2. Zwei Exoplaneten bewegen sich auf Bahnen innerhalb des Gürtels und „durchmischen“ diesen mit ihrem Gravitationseinfluss. Durch die so initiierten Bahnänderungen und damit Kollisionen der Ringbestandteile entstünde laufend feineres Material.
3. Der Gürtel wird von einem sehr großen, umlaufenden Körper in ein äußeres und ein inneren Ringsegment unterteilt. Dessen Sternorbit läge in einer Entfernung zwischen sieben und 70 AE. Auf dieser Position könnte der Körper so massereich sein, dass ein Brauner Zwerg statt lediglich einem großen Gasplaneten als Erklärung in Frage kommt.

Aufgrund der bisher singulären Beobachtung einer solchen Konstellation stehen diese bisherigen Konzepte aber weiterhin unter einem gewissen Vorbehalt. Genauere Erkenntnisse erhoffen sich die Astronomen deshalb von der Entdeckung weiterer Systeme mit ähnlichen Eigenschaften. Erste Hinweise auf deren Existenz ergeben sich scheinbar bereits aus Herschels bisherigem Beobachtungsmaterial.

Diskutieren Sie mit:

• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck
• Exoplaneten

Der Beitrag Krone aus Staub und Geröll erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: DLR, ESA, Raumcon.

Die Europäische Raumfahrtagentur ESA meldete damit heute nochmals, was nach planmäßigem Verlauf der Mission schon lange bekannt war. Die anfangs mehreren hundert Kilogramm flüssigen Heliums hatten bisher die Aufgabe, die hochexakten Infrarot-Sensoren des Teleskops auf einer konstanten Temperatur nur wenige zehntel Grad über dem absoluten Nullpunkt zu halten. Sollte der Vorrat in den kommenden Tagen endgültig zu Neige gehen, werden diese Instrumente schon nach wenigen Stunden endgültig unbrauchbar sein.

Herschel befand sich seit Mitte 2009 in rund 1,5 Millionen Kilometern Entfernung zur Erde auf deren sonnenabgewandter Seite. Diese Lage, etwa viermal so weit von unserem Planeten entfernt wie der Mond, wird ausgesprochen gerne für die Positionierung von empfindlichen Teleskopen genutzt, um sie permanent und unkompliziert vor störender Sonnenstrahlung abzuschirmen. Im Mai diesen Jahres soll der verbliebene Treibstoff des Observatoriums genutzt werden, um es aus dem L2-Punkt in einen abschließenden „Parkorbit“ um die Sonne einzuschießen. Ursprünglich war alternativ erwogen worden, das Raumfahrzeug für weitere wissenschaftliche Beobachtungen kontrolliert auf die Mondoberfläche stürzen zu lassen. Diese Überlegung scheint nun verworfen.

Herschel verfügte über einen, für Weltraumteleskope ausgesprochen großen, 3,5 Meter durchmessenden, starren, einteiligen Spiegel. Dieser fokussierte auf drei Sensoren, nämlich HIFI, PACS und SPIRE, im fernen Infrarotbereich. Besonders das Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS), aber auch das HIFI waren maßgeblich mit deutscher Beteiligung entstanden.

Mit ihnen beobachtete Herschel sowohl Objekte in unserem Sonnensystem, so etwa kürzlich den Asteroiden Apophis zur Feststellung seiner genauen Größe, als vor allem auch entfernte Galaxien und Sterne. Letztes Jahr lieferte es beispielsweise, neben anderen Teleskopen zuvor, weitere Daten über den Stern Fomalhaut im Sternbild Südlicher Fisch, in dessen System schon lange ein Exoplanet vermutet wird. Auch der Stern TW Hydrae wurde von Herschel genauer unter die Lupe genommen. Die ihn umgebende protoplanetare Scheibe offenbarte dabei ein starkes Potential für die zukünftige Entstehung von Planeten.

Nach der Einstellung des Betriebs wird ein Großteil des bis dato gesammelten Materials von Herschel noch auszuwerten sein. Zahlreiche Forschergruppen hatten bisher die Möglichkeit einer Nutzung seiner Kapazität, und so werden die nächsten Monate und Jahre sicherlich noch einige astronomische Erkenntnisse zu gewinnen und zu publizieren bleiben.

Verwandte Meldungen:

• Herschel entdeckt Wasserdampf bei TW Hydrae
• Kometen als Wasserversorger?
• Herschel findet Sauerstoffmoleküle

Diskutieren Sie mit:

• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Der Beitrag Herschels letzte Tage erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie, ESA, JPL.

Was den Ägyptologen ihr Stein von Rosette und den Genetikern ihre Fruchtfliegen, das ist für Astronomen, welche sich mit der Entstehung von Planetensystemen befassen, der im Sternbild Wasserschlange (lateinischer Name „Hydra“) gelegene Stern TW Hydrae: Ein besonders gut zugängliches Schlüsselobjekt, dessen eingehende Untersuchung die Grundlagen für ein ganzen Fachgebiet legen kann.

Dieser Stern verfügt über ein noch sehr junges Alter von etwa drei bis zehn Millionen Jahren und ist von einer sogenannten protoplanetaren Scheibe umgeben. Hierbei handelt es sich um eine flache, ringförmig verlaufende Ansammlung von Gas und Staub, welche den Stern umgibt. In dieser dichten Scheibe verbinden sich die darin enthaltenen Partikel aus Staub und Eis zu immer größeren Objekten, aus denen letztendlich ganze Planeten hervorgehen werden. Auf diese Weise ist vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren auch unser eigenes Sonnensystem entstanden.

Protoplanetare Scheiben wurden in den vergangenen Jahren von den Astronomen bereits bei einer Vielzahl von jungen Sternen beobachtet. Das Besondere an der Scheibe von TW Hydrae ist jedoch die in astronomischen Maßstäben betrachtet geringe Entfernung von lediglich 176 Lichtjahren, welche unser heimisches Sonnensystem von TW Hydrae trennt. Alle anderen derzeit bekannten Scheiben sind mindestens zweieinhalb soweit von der Erde entfernt. Damit stellt die TW Hydrae umgebende protoplanetare Scheibe für die Astronomen im Vergleich zu vergleichbaren Beobachtungsobjekten ein konkurrenzlos gutes Beobachtungsziel dar.

Zwar können die Astronomen aufgrund der gegebenen Größen- und Entfernungsverhältnisse keine direkten Aufnahmen der protoplanetaren Scheibe anfertigen (trotz einer Ausdehnung von fast 400 Astronomischen Einheiten ist die Staubscheibe hierfür aufgrund der Entfernung immer noch zu klein) – durch spektroskopische Untersuchungen des Lichts, welche von diesem Sternsystem bei unterschiedlichen Wellenlängen ausgesandt werden, und dem Vergleich der dabei gewonnenen Daten mit theoretischen Modellen lassen sich die Anwesenheit und wichtige Eigenschaften der Scheibe aber trotzdem gut erschließen und nachvollziehen. Dementsprechend verfügt der Stern TW Hydrae über eine der am häufigsten beobachteten und dabei am gründlichsten untersuchten protoplanetaren Scheiben überhaupt.

Allerdings war den untersuchenden Astronomen eines der grundlegenden Parameter dieser Scheibe bislang nur sehr ungenau bekannt, nämlich die Masse des in der Scheibe enthaltenen Wasserstoffs (Raumfahrer.net berichtete bereits über dessen Entdeckung in den äußeren Regionen der Scheibe). Dieser Massenwert ist jedoch entscheidend, um letztendlich auch abschätzen zu können, wie viele und welche Arten von Planeten zukünftig aus der protoplanetaren Scheibe von TW Hydrae hervorgehen können. Die bisherigen Versuche, diese Masse zu bestimmen, hingen empfindlich von Modellannahmen ab und waren dementsprechend ungenau. Die Abschätzungen für die Masse des molekularen Wasserstoffs in der Scheibe variierten zwischen einer halben und etwa 63 Jupitermassen.

Wenn Astronomen die Menge oder Häufigkeit eines bestimmten Stoffes in einer bestimmten Region des Weltalls nachweisen wollen, so suchen sie dabei mittels spektroskopischer Untersuchungen nach bestimmten Lichtemissionen, welche für diesen spezifischen Stoff charakteristisch sind. Bei dem Nachweis von Wasserstoffmolekülen funktioniert dieses Prinzip jedoch nur unzureichend, da diese Moleküle kaum Strahlung aussenden. Frühere Bemühungen, die Masse der protoplanetaren Scheibe von TW Hydrae zu bestimmen, basierten deshalb auf Indikatorstoffen, so genannte „Tracer“, welche typischerweise zusammen mit molekularem Wasserstoff auftreten, um dessen Menge indirekt abzuschätzen. Die Astronomen beobachteten so zum Beispiel das in der Scheibe enthaltene Kohlenmonoxid oder den in der Scheibe vorhandenen Staub und verließen sich dann auf Modelle und weitere Messungen, um so Rückschlüsse auf die enthaltene Menge des molekularen Wasserstoffs zu ziehen.

Dieses Vorgehen birgt allerdings mehrere potentielle Fehlerquellen. Abschätzungen der Masse aufgrund der Wärmestrahlung von Staubkörnern in der Scheibe beruhen auf Annahmen über den Grad der Undurchsichtigkeit, der Opazität, des Staubs. Dieser Wert ändert sich jedoch drastisch, während der Staub zu immer größeren Körnern zusammenklumpt. Unsicherheiten über das Verhältnis der Gasmenge zur Staubmenge, welche aus Messungen des interstellaren Mediums abgeleitet werden, fließen ebenfalls ein.

Abschätzungen aufgrund der Anwesenheit von Kohlenmonoxid sind zudem deshalb kompliziert, da die Scheibe für die betreffende Art von Strahlung undurchsichtig ist. Entsprechende Beobachtungen zeigen daher nur die unmittelbare Oberfläche der Scheibe. Wie sich dieser Werte dann zum Gesamtvolumen verhält, muss anschließend aus geeigneten Modellen erschlossen werden. Je nach dem verwendeten Modell ergibt sich so ein weites Spektrum an Massewerten, was die weiter oben erwähnten Differenzen bezüglich der Masse des molekularen Wasserstoffs bei TW Hydrae erklärt.

Bei den jetzt mit dem Weltraumteleskop Herschel durchgeführten Messungen wurde dagegen ausgenutzt, dass es bei den Wasserstoffmolekülen subtile Unterschiede gibt. Einige wenige Moleküle bestehen nicht aus zwei normalen Wasserstoffatomen, sondern enthalten vielmehr ein Deuteriumatom (während der Atomkern von Wasserstoff nur aus einem einzigen Proton besteht, enthält Deuterium ein zusätzliches Neutron). Diese Wasserstoffdeuterid-Moleküle senden eine bis zu eine Million mal stärkere Strahlung aus als „normale“ Wasserstoffmoleküle. Die reale Intensität dieser Strahlung hängt dabei von der Temperatur des Gases ab, welche im Fall von TW Hydrae mittels des von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betriebenen Teleskopverbund „ALMA“ ermittelt wurde.

Das Weltraumteleskop Herschel bietet speziell im Wellenlängenbereich dieser Strahlung eine bisher einmalige Kombination aus Empfindlichkeit einerseits und „Feinheit“ der spektrale Auflösung andererseits. Für die Beobachtungen von TW Hydrae kam das Herschel-Instrument PACS (kurz für „Photodetector Array Camera & Spectrometer“) zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um ein Kombinationsinstrument aus einer astronomischen Kamera und einem Spektrografen für Wellenlängen zwischen 57 und 210 µm.
Durch die Verwendung dieses Instruments gelang es den an der Untersuchung beteiligten Astronomen nicht nur, die Wasserstoffdeuterid-Molekülen nachzuweisen, sondern auch deren Anzahl zu bestimmen. Beobachtungen an verschiedenen kosmischen Objekten bis zu Entfernungen von rund 300 Lichtjahren zeigen, dass das Mengenverhältnis zwischen Deuterium und normalem Wasserstoff in unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft anscheinend weitgehend konstant ausfällt.

Weist man Wasserstoffdeuterid in einer gegebenen Menge nach und rechnet anhand dieses Häufigkeitsverhältnisses um, so ergibt sich somit auch eine gute Abschätzung für die Gesamtmenge an molekularem Wasserstoff. Die Auswertung der so gewonnenen Daten, welche eine zehn Mal genauere Massebestimmung als alle vorigen Studien erlaubt, ergab, dass die protoplanetare Scheibe von TW Hydrae über eine Mindestmasse von rund 52 Jupitermassen verfügt. Sollten sich zudem einige der Deuteriumatome in molekularem Eis oder in komplexeren organischen Molekülen, zum Beispiel in polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (kurz „PAK“) verbergen, oder sollten Teilbereiche der Scheibe undurchlässig für die charakteristische Strahlung des Wasserstoffdeuterids sein, dann wird die Menge an molekularem Wasserstoff mit dieser Methode jedoch unterschätzen. Aus diesem Grund stellt der jetzt veröffentlichte Massenwert eine Untergrenze dar.

Die Temperaturschätzung wurde aus Kohlenmonoxid-Spektrallinien abgeleitet und fällt aller Wahrscheinlichkeit nach zu niedrig aus. Mittels dieser Methode wurden lediglich die äußeren Schichten der Scheibe erfasst. Im Inneren der Scheibe, von wo die meiste Strahlung des Wasserstoffdeuterids stammt, sollte die Temperatur noch höher ausfallen. Alle eventuell möglichen Korrekturen über die Gesamtmasse der protoplanetaren Scheibe von TW Hydrae sollten von daher zu noch höheren Werten führen.

Abschätzungen bezüglich des Alters von TW Hydrae führen die Astronomen auf Werte zwischen drei und zehn Millionen Jahre – ein Alter, welches für Sternsysteme mit protoplanetaren Scheiben relativ hoch liegen. Normalerweise, so die bisherigen Theorien über die Bildung von Planeten, sollte sich das gerade entstehende Planetensystem um TW Hydrae bereits vollständig ausgebildet haben. Die neuen Massenmessungen zeigen jedoch, dass trotz dieses hohen Alters noch genügend Materie in der Scheibe vorhanden ist, um dort ein Planetensystem entstehen zu lassen, welches dabei sogar größer ausfallen könnte als unser heimisches Planetensystem.

„Diese Scheibe weist noch genügend Masse auf, um das Äquivalent von 50 Jupitern zu bilden“, so Edwin A. Bergin von der University of Michigan, der Hauptautor einer Publikation, welche sich mit den aktuellen Untersuchungen beschäftigt,.

Basierend auf dieser soliden Grundlage und unter Einbeziehungen weiterer Eigenschaften wie zum Beispiel der Temperaturverteilung, welche sich aus Folgebeobachtungen mit dem von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betriebenen Teleskopverbund „ALMA“ noch deutlich genauer erschließen lassen sollte, wird es zukünftig möglich sein, noch weit realistischere Modelle für die Scheibe von TW Hydrae zu entwickeln als bisher. Der Vergleich dieser Modelle mit den bisher gewonnen Beobachtungsdaten wird es den an den Forschungen beteiligten Astronomen wiederum erlauben, die derzeit gängigen Theorien über die Entstehung von Planeten und Planetensystemen zu überprüfen und noch weiter zu verfeinern.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden heute in der Fachzeitschrift „Nature“ von unter dem Titel „An old disk still capable of forming a planetary system“ veröffentlicht.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Exoplaneten
• Planetenentstehung
• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Abstract des Fachartikels bei Nature:

• An old disk still capable of forming a planetary system (engl.)

Der Beitrag Die Masse der Staubscheibe um TW Hydrae erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Gertrud Felber. Quelle: ESA.

Das Bild zeigt den roten Überriesen Beteigeuze, aufgenommen mit Herschels Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS). Der rote Riese Beteigeuze ist in der unmittelbaren Umgebung von einer Hülle aus klumpigen Materalien umgeben. Die Bögen auf der linken Seite zeugen von einem turbulenten Masseverlust in den vergangenen Jahren. Die Bugwelle wurde in Wechselwirkung mit dem interstellaren Medium geformt. Auf der linken Seite ist zudem ein schwacher linearer Staubbalken erkennbar. Er könnte ein staubiges Filament sein, das mit dem galaktischen Magnetfeld wechselwirkt, oder es stellt die Kante einer interstellaren Wolke dar, die durch Beteigeuze illuminiert wird.

Durch den Infrarot-Blick von Herschel konnte eine Geschwindigkeit der Bugwelle von etwa 30 Kilometern pro Sekunde ermittelt werden. Die Lichtbögen werden die Wand in etwa 5.000 Jahren treffen. Der Stern selber wird in etwa 12.500 Jahren mit der herannahenden Wand kollidieren.

Mit seinem etwa 1.000-fachen Durchmesser unserer Sonne und einer rund 120.000 Mal größeren Helligkeit ist Beteigeuze wahrscheinlich auf dem Wege zu einer spektakulären Supernova-Explosion in, astronomisch gesehen, kurzer Zeit.

Verwandte Meldung:

• Beteigeuze wirft asymmetrisch Unmengen Gase aus

Diskutieren Sie mit:

• Beteigeuze (α orionis)

Der Beitrag Rätselhafte Umgebung von Beteigeuze erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: ESA, NASA, Raumcon, RN.

Die Bahn, auf der Apophis die Sonne umläuft liegt in der Nähe der Erdbahn und kreuzt diese zweimal pro Umlauf. Zu bestimmten Zeitpunkten kommt er dabei der Erde relativ nahe. Daher besteht die reale Gefahr, dass der Asteroid irgendwann mit der Erde kollidiert. Die Messungen von Herschel ergaben, dass Apophis einen Durchmesser von etwa 325 Metern besitzt, mit einer Ungenauigkeit von 15 Metern. Zuvor hatten Radarmessungen einen Durchmesser von 270 Metern vermuten lassen.

Im Bereich infraroter Strahlung sind die Messungen allerdings im Allgemeinen genauer. Herschel hat erst zum zweiten Mal einen Asteroiden auf’s Korn genommen. Dabei musste das Teleskop aufgrund der geringen Distanz und der hohen Geschwindigkeit von Apophis mit 3,42 Grad pro Minute nachgeführt werden. Im Verlaufe der Messungen konnte ein Temperaturmodell des Asteroiden aufgestellt werden. Daraus ergab sich ein Rückstrahlwert von 0,23 statt der bisher angenommenen 0,33.

Herschel wurde gemeinsam mit einem weiteren Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumagentur ESA am 14. Mai 2009 von Kourou aus gestartet und gelangte innerhalb weniger Tage zum Lagrangepunkt L2 des Sonne-Erde-Systems. Hier heben sich Gravitationskräfte und Fliehkräfte gegenseitig auf, so dass man die Position mit geringem Treibstoffaufwand halten kann. Herschel verfügt über einen 3,5 Meter durchmessenden Hauptspiegel, der größte, der bisher in einem Weltraumteleskop zum Einsatz kam. Um auch kalte Körper im All anhand ihrer Wärmestrahlung vermessen zu können, wurden die Messinstrumente mit flüssigem Helium auf 0,3 K (-272,85 °C) gekühlt.

Im Rahmen des nahen Vorbeiflugs wird Apophis auch per Radar von der Erde aus vermessen. So gelangen Aufnahmen mit Hilfe der 70 Meter durchmessenden Radioantenne im kalifornischen Goldstone (USA), wobei u.a. die Rotation des Asteroiden beobachtet wurde. Die Messungen werden auch in den kommenden Wochen fortgeführt. Dazu soll auch die noch erheblich größere Parabolantenne in Arecibo (Puerto Rico) zum Einsatz kommen.

Alle gemessenen Daten geben Entwarnung für mögliche Kollisionen 2029 bzw. 2036. Für die noch fernere Zukunft ist eine Kollision aber nicht ganz auszuschließen. Nahe Vorbeiflüge an anderen Himmelskörpern können die Bahn beeinflussen. Gegenwärtig gibt es mehrere Kampagnen und Initiativen, erdnahe Asteroiden genauer zu erfassen, um im Ernstfalle rechtzeitig gewarnt zu sein.

Am 15. Februar 2013 wird der etwa 50 Meter durchmessende Asteroid 2012 DA14 die Erde in einem Abstand von weniger als 30.000 km passieren.

Diskutieren Sie mit:

• Asteroid 2004 MN4 – APOPHIS

Der Beitrag Apophis ist größer als bisher angenommen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.