Quelle: Universität Stuttgart 23. August 2023.

23. August 2024 – Abgesehen von Helium und Wasserstoff entstehen die meisten schwereren chemischen Elemente in unserem Kosmos bis hin zu Eisen durch die Verschmelzung von Atomkernen im Inneren von Sternen. Dabei sind die massereichsten, heißesten und hellsten unter ihnen die treibenden Akteure. Sie beeinflussen ihre unmittelbare Umgebung durch den großen Anteil ionisierender UV-Strahlung, die sie abgeben sowie die starken stellaren Winde, die von ihnen ausgehen. Schneller als alle leichteren Sterne verbrennen sie Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen, explodieren nach einer – für astronomische Verhältnisse – relativ kurzen Zeit von nur wenigen Millionen Jahren und reichern das umliegende Gas mit schweren Elementen an. Aus diesem Material können dann neue Sonnensysteme wie das unsrige mit seiner Vielfalt an chemischen Stoffen entstehen.

Um zu entschlüsseln, welcher Anteil einer so zusammengesetzten dichten interstellaren Wolke wieder zu Sternen wird und auf welchen Zeitskalen, hat ein Team um Cornelia Pabst von der Universität Leiden und dem Consejo Superior de Investigaciones Científicas in Madrid Daten eines Forschungsprogramms namens FEEDBACK mit neuen Radiodaten des 40m-Yebes-Observatoriums und des IRAM-30m-Teleskops kombiniert. FEEDBACK ist ein Langzeitprojekt von SOFIA, dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie, das die deutsche und amerikanischen Raumfahrtagenturen, DLR und NASA, gemeinsam betrieben haben. Für ihre Studie hat Pabst mit ihren Kollegen und Kolleginnen zehn Regionen im Orionnebel detailliert untersucht, die unterschiedliche Entwicklungsphasen der Sternentstehung repräsentieren.

Die Ergebnisse zeigen, unter welchen – für irdische Maßstäbe – extremen Bedingungen Sterne und somit auch die Bausteine für Leben entstehen. Sie sind kürzlich in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen. Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert die SOFIA-Aktivitäten auf deutscher Seite.

Ringen um die Dominanz
Die Entstehung neuer Sterne sowie die Auswirkung dieses Prozesses auf ihre Umgebung und das dortige Material, aus dem sie entstanden sind – das sogenannte interstellare Medium (ISM) – ist entscheidend für die Entwicklung von Galaxien: Wann verhindern gerade entstandene Sterne die Entstehung weiterer Generationen? Unter welchen Umständen regt diese Rückkopplung die Entstehung neuer Sterne an? Welche Prozesse übernehmen die dominierende Rolle? Und wie wirkt sich das auf die großräumigen Eigenschaften des ISM und die weitere Entwicklung der Galaxien aus? Massereiche, heiße, helle Sterne, die extrem energiereiche ultraviolette Strahlung aussenden, sind relativ selten. Auch im Orionnebel sind daher nur wenige von ihnen für die Erhitzung und Ionisierung des ISM verantwortlich. Der hellste von ihnen ist 33-mal so schwer und 20.000-mal so hell ist wie unsere Sonne. Um diese Sterne hat sich eine Blase ionisierten Gases gebildet, die 10.000 Grad Kelvin heiß ist und in der sich zwischen 100 und 100.000 Gaspartikel in einem Kubikzentimeter befinden.

Von uns aus gesehen liegt hinter dieser hellen Sternengruppe eine vergleichsweise dichte und sehr kalte Molekülwolke mit bis zu zehn Millionen Partikeln pro Kubikzentimeter und nur 30 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt (30 Kelvin), wie frühere Radiobeobachtungen von IRAM und Yebes ergaben. Diese wehrt sich immer noch erfolgreich gegen eine Zerstörung durch die intensive Bestrahlung, die von ihrer heißen Nachbarschaft ausgeht. Währenddessen hat sich eine gigantische Plasmablase mit einem Radius von bis zu 2 Parsec (1 pc = 3,26 Lichtjahre) ausgebreitet, wobei sie das verdrängte Gas in eine dünne sie umgebende Hülle zusammengeschoben hat. Die intensive Strahlung sowie die Winde der Sternengiganten beschleunigen dieses Plasma und erhitzen es auf eine Temperatur von einer Million Kelvin. Es hat eine extrem geringe Dichte mit nur einem Partikel pro Kubikzentimeter und dehnt die Materiehülle trotzdem mit einer Geschwindigkeit von 13 km/s weiter aus, wie die hochaufgelösten Spektren von SOFIA zeigen.

Extreme Bedingungen
Ein solch extremes Vakuum kann bisher in einem irdischen Labor nicht einmal annähernd erzeugt werden. Die besten erreichbaren Werte liegen bei 10.000 bis 100.000 Partikeln pro Kubikzentimeter. Das ist im Vergleich mit unserer Erdatmosphäre immer noch sehr gut. Diese enthält bei Normaldruck und 0 Grad Celsius sehr viel mehr, nämlich etwa 27 Milliarden Milliarden Teilchen pro Kubikzentimeter. Die Größe der expandierenden Hülle im Orion ist ebenfalls erstaunlich. Mit einem Durchmesser von 4 Parsec braucht das Licht etwa 13 Jahre, um sie zu durchqueren. Sie dehnt sich immer weiter aus und Beobachtungen ähnlicher Blasen lassen vermuten, dass sie früher oder später an einigen Stellen aufbrechen und ihr Material in ihrer Umgebung verteilen wird. Damit steht es für die Entstehung weiterer Sterne erst einmal nicht mehr zur Verfügung. Anhand der Größe und Ausdehnungsgeschwindigkeit dieser Blase können Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen abschätzen, wie effizient massereiche Sterne Energie in das umgebende ISM pumpen und wie viel Masse dabei für die zukünftige Sternentstehung verloren geht. Allerdings kann solch eine sich ausdehnende Schale auch die Entstehung weiterer Sterne auslösen, falls sie auf ihrem Weg zum Beispiel auf eine andere Molekülwolke trifft und deren Materie durch diesen Zusammenstoß soweit verdichtet, dass diese unter ihrer eigenen Gravitation zusammenfällt.

SOFIA-Erbe bleibt erhalten
„In der Astrophysik erleben wir gerade aufregende Zeiten“, so Cornelia Pabst. Es gibt neueste Erkenntnisse über das sehr frühe Universum und seine Entwicklung mit dem Planck-Satelliten. Das Radioobservatorium ALMA und das Weltraumteleskop JWST liefern immer mehr Einblicke in die früheste Entwicklung von Galaxien, die Jagd nach Exoplaneten hat volle Fahrt aufgenommen. Hochenergetische Phänomene, Gravitationswellen, ultraschnelle Radioausbrüche und extreme Röntgenleuchtkraft geben nach und nach ihre Geheimnisse preis. „Trotzdem bleibt das Studium der «nahen» Sternenentstehung in unserer Galaxie ein wichtiges und fundamentales Thema, wodurch wir die Entwicklung anderer Galaxien in der Geschichte des Universums und deren Anreicherung mit schweren Elementen erst verstehen“, so Pabst.

Die hohe spektrale Auflösung und Empfindlichkeit von upGREAT, dem aufgerüsteten German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies, an Bord von SOFIA ermöglichte es dem Team um Pabst, die Bewegungen und physikalischen Bedingungen des interstellaren Gases anhand der Feinstrukturlinie [CII] 158 µm des ionisierten Kohlenstoffs zu bestimmen.Trotz des Endes der SOFIA-Mission verfolgt das Team um Cornelia Pabst das Langzeitprojekt FEEDBACK mit neuen Radiobeobachtungen der Sternentstehungsgebiete im Orion weiter. Die Kombination dieser Radiobeobachtungen mit den SOFIA-Archivdaten ermöglicht insbesondere die Bestimmung der obengenannten Materiedichten und Temperaturen. Damit sind die komplexen Prozesse in den verschiedenen Gebieten des Orionnebels, die die Geschwindigkeit und Effizienz der Sternentstehung bestimmen, besser zu verstehen.

Auch nachdem SOFIA im September 2022 den Beobachtungsbetrieb eingestellt hat, werden die Daten des FEEDBACK Legacy-Programms weiter Antworten auf diese Fragen liefern. „In den nächsten 5 Jahren werden wir am Institut für Raumfahrsysteme (IRS) der Universität das SOFIA Daten Center (SDC) aufbauen, die Datenprozessierung verbessern und Forschende bei der weiteren Nutzung des SOFIA-Datenarchivs unterstützen“, verkündet Bernhard Schulz, ehemaliger SOFIA Science Mission Deputy Direktor und neuer wissenschaftlicher Leiter des SDC. „So können wir das wissenschaftliche Erbe von SOFIA für die weitere Forschung erhalten.“

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und 50OK2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

Über upGREAT
upGREAT ist eine Weiterentwicklung des Ferninfrarot-Spektrometers GREAT („German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“), mit dem seit 2011 zahlreiche erfolgreiche Wissenschaftsflüge mit SOFIA durchgeführt wurden. Das Instrument wurde von einem Konsortium deutscher Forschungsinstitute – dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie und dem „Kölner Observatorium für SubMillimeter Astronomie“ (KOSMA) der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin entwickelt und gebaut.

Originalveröffentlichung:
Multiline observations of hydrogen, helium, and carbon radio-recombination lines toward Orion A: A detailed dynamical study and direct determination of physical conditions, C.H.M. Pabst, J.R. Goicoechea, S. Cuadrado, P. Salas, A.G.G.M. Tielens, N. Marcelino, A&A, im Druck
doi.org/10.1051/0004-6361/202347574
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/08/aa47574-23/aa47574-23.html
Als Preprint auf arXiv/astro-ph: https://arxiv.org/pdf/2404.17963

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag FEEDBACK – Programm treibt Erkenntnisse zur Sternentstehung voran erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DCUBED / B2P Communications Consulting GmbH Berlin/München 19. Dezember 2023.

München, 19. Dezember 2023: Der deutsche NewSpace-Hardware Hersteller DCUBED und die Hochschule München haben den Zuwendungsbescheid für die Förderung eines gemeinsamen Forschungsprojekts durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie erhalten. Die Förderung erfolgt im Rahmen des Bayerischen Raumfahrtforschungsprogramms, mit dem die Staatsregierung die Entwicklung von Raumfahrttechnologien zur Bewältigung künftiger gesellschaftlicher Herausforderungen unterstützt. Das Gesamtvolumen des Projekts beläuft sich auf mehr als eine Million US-Dollar, wovon der Freistaat nahezu zwei Drittel übernimmt.

Ziel des zweijährigen Projektes, das zum Januar 2024 startet, ist die praktische Erforschung und Weiterentwicklung von Technologien zur Produktion im All (In-Space Manufacturing, ISM). Die weltweit erste Demonstration dieser Methode im offenen All führt DCUBED bereits 2024 durch. 2025 sollen dann weitere Tests helfen, die Technologie bis zur marktreifen Einsatzfähigkeit weiterzuentwickeln.

Die erste Anwendung der Technologie liegt darin, die Haltestrukturen von SatellitenSolarpaneelen erst im All per 3D-Druck aus Photopolymer zu fertigen. Heute werden diese bereits auf der Erde vorgefertigt und verbaut, was unter anderem einen komplexen Entfaltungs-Mechanismus erfordert, der auch den großen Belastungen eines Raketenstarts standhalten muss. Per ISM gedruckte Paneele sind im Vergleich nicht nur leichter, simpler, und dadurch weniger fehleranfällig, sondern vor allem auch wesentlich günstiger und leistungsfähiger als heutige Lösungen.

Die so gesteigerte Verfügbarkeit von Energie im All ermöglicht es, Satelliten künftig mit deutlich höherer Rechenleistung auszustatten und auch die Übertragungsraten von Daten zur Erde erheblich zu steigern. Längerfristig ebnen die Erkenntnisse aus dem aktuellen Forschungsprojekt zudem den Weg, künftig auch deutlich größere Strukturen und Produkte im All fertigen zu können und so ganz neue Potentiale des Weltraums für Wirtschaft und Forschung zu erschließen.

Dr. Thomas Sinn, CEO & Founder, DCUBED: „Die Unterstützung durch die bayerische Regierung umfasst die höchste Fördersumme, die wir bisher für diese Technologie erhalten haben: Das ist eine große Bestätigung für unsere Fähigkeiten. Auf dieser Basis streben wir etwas an was noch nie gemacht wurde: Wir wollen als erste zeigen, dass die Fertigung von Strukturen direkt im All möglich ist. Und wir wollen als erste die Fertigungskapazitäten im All zur Marktreife entwickeln.“

Prof. Markus Pietras, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik, Hochschule für angewandte Wissenschaften München: „Wir freuen uns darauf, unsere bereits erprobte Partnerschaft mit DCUBED noch weiter zu intensivieren. Zusammen leisten wir wahre Pionierarbeit: Die Fähigkeit zur Produktion im Weltall wird uns ganz neue Potentiale für Wirtschaft und Wissenschaft eröffnen. Das erlaubt uns, auf der Erde künftig noch viel stärker von Technologien aus dem All zu profitieren.“

Dietmar Schneyer, Leiter des Referats Luft- und Raumfahrt, Mobilität im Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie: „Die Förderung innovativer Technologien im Bereich der Raumfahrt ist ein wichtiger Schritt, um Bayern als Standort für Hochtechnologie weiter zu stärken. Das Engagement von DCUBED und der Hochschule München im Bereich des In-Space Manufacturing ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie Forschung und Industrie gemeinsam die Grenzen des Möglichen erweitern können.“

DCUBED und die Hochschule München arbeiten zum Thema In-Space Manufacturing bereits seit 2019 zusammen. So unterstützt DCUBED die Forschung mit Mitarbeitern und Materialausgaben und finanziert eine Promotionsarbeit zu dem Thema.

Über DCUBED:
DCUBED, ein NewSpace-Unternehmen mit Sitz bei München, ermöglicht Missionen im All durch die Entwicklung von langlebigen und erschwinglichen Auslösevorrichtungen, Solarpaneelen und entfaltbaren Elementen. Mit 15 erfolgreichen Produkten im Weltraum bedient das Unternehmen einen weltweiten Kundenstamm in 17 Ländern auf 4 Kontinenten. DCUBED ist weltweit führend im Bereich in-Space-Manufacturing und wird 2024 die weltweit erste Demonstration von 3D-Druck im offenen All durchführen. Neben seinem deutschen Hauptsitz will DCUBED 2024 zudem einen weiteren Standort im US-amerikanischen Broomfield, Colorado, eröffnen, um sich noch stärker im schnell wachsenden NewSpace-Markt zu verankern und auf beiden Seiten des Atlantiks präsent zu sein.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• DCUBED (Deployables Cubed GmbH)

Der Beitrag DCUBED: Rekordförderung für weltweit ersten 3D-Druck im freien Weltraum erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 25. Juli 2022.

25. Juli 2022 – Das SKAO, dessen Bau dieses Jahr begonnen hat, wird bald das größte Radioteleskop der Welt sein. Die Astronomen, die der SKAO-Arbeitsgruppe „Extragalaktisches Kontinuum“ angehören, suchen nach einer Möglichkeit, eine kosmische Ära zu erforschen, in der die Sternentstehungsaktivität nach einer als „Kosmischer Mittag (Cosmic Noon)“ bekannten Epoche abnahm. Zu diesem Zweck simulierten sie die Eigenschaften des interstellaren Mediums von Galaxien, die M 33 und M 51 ähneln, in einem frühen Zeitalter des Universums.

Im Laufe der kosmischen Entwicklung erlebten die Galaxien nach einer aktiveren Periode vor etwa 10 Milliarden Jahren, dem so genannten „Kosmischen Mittag“, einen Rückgang der Sternentstehungsaktivität. Der Übergang von einer goldenen Epoche der Sternentstehung zu einer geringeren Sternentstehungsrate ist noch immer nicht vollständig verstanden. Ein Rückgang der Menge an kühlem Gas in den Galaxien, das als Brennstoff für die Sternentstehung dient, wird oft als Hauptgrund angesehen. Beobachtungen zeigen jedoch, dass viele Galaxien noch über ausreichend große Gasreserven verfügten, um die Sternentstehung zu ermöglichen.

„Eine andere Möglichkeit ist, dass der Druck von Magnetfeldern, hochenergetische Teilchen und Turbulenzen das kühle Gas in Galaxien zunehmend stabilisierten“, sagt Fatemeh Tabatabaei. Sie ist eine ehemalige Forscherin des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und Mitautorin der Studie. Jetzt ist sie Fakultätsmitglied am Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM) in Teheran, Iran. „Um die Bedeutung dieser Faktoren zu verstehen, sind Studien zur Energiebilanz in Abhängigkeit von der Rotverschiebung erforderlich“, fährt sie fort.

Als Rotverschiebung bezeichnet man das Phänomen, dass die Spektren, die z. B. von Galaxien ausgesendet werden, mit der Zeit aufgrund der Expansion des Universums zu längeren Wellenlängen verschoben werden. Die Rotverschiebung kann direkt in eine Entfernung oder das Alter seit dem Urknall umgerechnet werden.

Um zu beurteilen, ob das künftige Square Kilometer Array Observatory (SKAO) zur Lösung dieses Rätsels beitragen kann, haben die Astronomen die physikalischen Prozesse im interstellaren Medium (ISM) von Galaxien bei unterschiedlichen Rotverschiebungen simuliert. Das ISM besteht hauptsächlich aus Gas und mikroskopisch kleinen Teilchen, die Astronomen als Staub bezeichnen, mit unterschiedlichen Temperaturen, die den Raum zwischen den Sternen durchdringen. Der erste Teil dieser Forschungsarbeit wird heute in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Die Beobachtung der Radioemission ist ein wirksames Mittel, um energetische Prozesse in Galaxien zu verfolgen. Diese Emission entsteht hauptsächlich durch die Wechselwirkung von hochenergetischen Teilchen mit Magnetfeldern, einer energetischen Komponente des ISM. Tiefe und räumlich aufgelöste Beobachtungen bei verschiedenen Radiofrequenzen mit SKAO ermöglichen es den Astronomen, diese Prozesse in nahen und fernen Galaxien zu kartieren. „Solche Beobachtungen sind der entscheidende Schritt zum Verständnis der Energiebilanz und der Strukturbildung in Galaxien im Laufe der kosmischen Zeit und geben Aufschluss über die Prozesse, die die Galaxienentwicklung und den Rückgang der Sternentstehungsaktivität bestimmen“, erklärt Eva Schinnerer, Wissenschaftlerin am MPIA und Mitautorin dieser Studie.

„Die Auswahl der Galaxientypen und kosmischen Entfernungen, die für die Untersuchung dieser Prozesse erforderlich sind, ist ein wesentlicher Teil der Vorbereitung auf die eigentlichen SKAO-Daten“, erklärt Mark Sargent vom International Space Science Institute in Bern, Schweiz, Mitautor der Studie und ehemals Wissenschaftler am MPIA.

„In einem ersten Schritt wollten wir die Radio-Kontinuum-Emission aus dem ISM typischer hochrotverschobenen Galaxien simulieren, wobei wir normale, heutige Spiralgalaxien wie M 51, NGC 6946 und M 33 als Vorlagen verwendeten. Unsere Simulation berücksichtigt zwei verschiedene Strahlungsmechanismen, die thermische Bremsstrahlung und die nicht-thermische Synchrotronstrahlung“, beschreibt Masoumeh Ghasemi-Nodehi, Postdoc am IPM und Erstautorin der Forschungsarbeit. „Wir haben gezeigt, dass die SKAO-Phase 1 MID-Radiodurchmusterung (SKA1-MID) die Synchrotronstrahlung in M 51-ähnlichen Galaxien bis zu einer Rotverschiebung von 3 kartieren kann, als das Universum nur 1/7 seines heutigen Alters hatte“, fährt sie fort.

„Wir erwarten, dass sowohl die relativistischen Teilchen als auch die Magnetfelder aufgrund der höheren Sternentstehungsaktivität in diesen frühen Galaxien zu früheren Zeiten einen höheren Druck im interstellaren Medium erzeugten. Diese Annahme, die sich aus unseren Studien ergibt, muss durch die SKAO-Beobachtungen weiter bestätigt werden“, erläutert Fatemeh Tabatabaei.

Dank der Empfindlichkeit und Durchmusterungsgeschwindigkeit des SKAO wird dieses Observatorium wichtige Themen der Astronomie und Astrophysik erhellen. Zu seinen Zielen gehört es, die Entstehung von Strukturen im frühen Universum, die Bildung der ersten Sterne und Galaxien sowie die Entwicklung von Galaxien zu untersuchen. In den meisten Fällen werden diese Phänomene mit Hilfe von Durchmusterungen mit mehreren Wellenlängen untersucht, die verschiedene Himmelsbereiche in unterschiedlichen Entwicklungsstadien abdecken.

Zusätzliche Informationen
Diese Studie ist das Ergebnis einer internationalen Zusammenarbeit, deren Mitglieder sind: M. GhasemiNodehi (Institute for Research in Fundamental Sciences, Teheran, Iran [IPM]), Fatemeh S. Tabatabaei (IPM, Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Spanien [IAC], und Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland [MPIA]), Mark Sargent (International Space Science Institute, Bern, Schweiz [ISSI] und University of Sussex, Brighton, Vereinigtes Königreich), Eric J. Murphy (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, USA), Habib Khosroshahi (IPM), Rob Beswick (Jodrell BankCentre for Astrophysics/e-MERLIN, The University of Manchester, Vereinigtes Königreich), Anna Bonaldi (SKA Organisation, Jodrell Bank, Macclesfield, Vereinigtes Königreich), und Eva Schinnerer (MPIA).

Publikation
M. Ghasemi-Nodehi et al., „Evolution of thermal and nonthermal radio continuum emission on kpc scales–Predictions for SKA“, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 515, Issue 1, p. 1158. DOI: 10.1093/mnras/stac1393
https://academic.oup.com/mnras/article/515/1/1158/6590836

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Square Kilometre Array (SKA)

Der Beitrag MPIA: Vorbereitungen für das größte Radioteleskop der Welt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.