Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 21. Februar 2024.

Mittwoch, 21. Februar 2024: In einem feierlichen Rahmen wurde heute die erste MeerKAT+-Antenne in der Karoo-Region in Südafrika übergeben. Das markiert einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung des Mittelfrequenzteleskops (SKA-MID) für das SKA-Observatorium (SKAO), in das die 14 Antennen der MeerKAT-Erweiterung in den nächsten Jahren integriert werden. Neben Vertretern der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), des South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) und des Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), die diese 14 Antennen gemeinsam finanzieren, nahmen geladene Gäste der beteiligten Partnerländer und des SKAO an der Übergabezeremonie teil.

In ihren Begrüßungsansprachen betonten Angus Paterson, der Deputy CEO der National Research Foundation in Südafrika, Takalani Nemaungani, leitender Direktor für den Bereich Astronomie des südafrikanischen Ministeriums für Wissenschaft und Innovation, Enrico Brandt, stellvertretender Botschafter der deutschen Botschaft in Südafrika, und Michael Kramer, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, die Bedeutung der Veranstaltung für die Zukunft der Radioastronomie.

Gemeinsam mit Pontsho Maruping, der geschäftsführenden Direktorin des „South African Radio Astronomy Observatory“ (SARAO), sprach Michael Kramer über die Entwicklung der MeerKAT-Erweiterungs- (MeerKAT+) Antenne und die hervorragende Zusammenarbeit während des gesamten Prozesses. „Es ist unglaublich beeindruckend, was bereits jetzt mit dem MeerKAT-Teleskop erreicht wurde, und mit der Erweiterung wird in Zukunft noch Größeres gelingen“, so Kramer. Höhepunkt des Festaktes war schließlich die Fahrt zum Antennenfeld in der südafrikanischen Karoo-Halbwüste, wo die MeerKAT+-Antenne offiziell von Fabrice Scheid, Geschäftsführer des Standorts Mainz von OHB Digital Connect, übergeben wurde.

Mit dem Ausbau des MeerKAT-Teleskops wird die wissenschaftliche und technologische Zusammenarbeit weiter vertieft, die bereits durch die enge Zusammenarbeit zwischen SARAO und der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) in Deutschland im Rahmen von MeerKAT begonnen hat. „Das Projekt ist erst 2019 gestartet und es ist großartig zu sehen, dass die ersten Erfolge dieses gemeinsamen Projekts bereits sichtbar sind“, sagt Pontsho Maruping. „Das Ausbauprojekt MeerKAT+ wird die Empfindlichkeit, Winkelauflösung und Bildqualität des MeerKAT-Radioteleskops erheblich verbessern.“ Denn durch die Erweiterung der derzeit 64 Parabolantennen von MeerKAT um mindestens weitere 14 Antennen erhält man ein riesiges virtuelles Teleskop, das aus der Beobachtung schwacher Radioquellen detaillierte Radiobilder entstehen lässt.

Die Fähigkeiten des gesamten Teleskops werden noch weiter zunehmen, wenn die MeerKAT-Antennen zu einem Teil des riesigen SKA-MID-Teleskopnetzwerks mit einer Gesamtzahl von 197 Antennen werden, das derzeit am gleichen Standort gebaut wird.

„Die Erweiterung von MeerKAT erhöht die Empfindlichkeit der Empfangssysteme um ca. 50 % und ermöglicht damit nicht nur eine wesentlich schnellere Kartierung des Himmels, sondern auch den Nachweis von extrem schwachen astronomischen Quellen“, ergänzt Angus Paterson. Dennis Winkelmann, Geschäftsführer des Industriepartners OHB Digital Connect, ist mit dem Ergebnis zufrieden: „Wir haben bewiesen, dass das Design exzellent ist, dass es für den wissenschaftlichen Einsatz funktioniert und dass es für die Serienproduktion im industriellen Maßstab geeignet ist.“

„Dieses Projekt ist ein weiteres Beispiel für die hervorragende und vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen SARAO und MPIfR“, sagt Michael Kramer und fügt hinzu: „Es ist fantastisch zu sehen, dass damit die erste Antenne für MeerKAT+ fertiggestellt wurde. Dies ist eine Leistung von Partnern aus Wissenschaft und Industrie, national und international. Und ich kann es kaum erwarten, die ersten Daten von der Antenne zusammen mit dem Rest des Arrays zu sehen.“

Hintergrundinformation
MeerKAT: Gebaut und betrieben vom South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) ist das MeerKAT-Teleskop mit 64 Antennen das größte Radioteleskop der südlichen Hemisphäre und eines von zwei SKA-Vorläuferinstrumenten in Südafrika. Das in der Karoo-Region gelegene Radioteleskop wird demnächst um eine zusätzliche Anzahl von Antennen im Rahmen des Projekts „MeerKAT+“ ergänzt, das 2019 gemeinsam von SARAO und der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) in Deutschland und ab 2020 mit dem Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) finanziert wird. Das Teleskop wird später schrittweise in das Mid-Teleskop von SKAO in Südafrika integriert.

SARAO: Das South African Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Research Foundation in Südafrika, zuständig für die Verwaltung aller Radioastronomie-Initiativen und -Einrichtungen in Südafrika, einschließlich des MeerKAT-Radioteleskops in der Karoo-Region und der Geodäsie- und VLBI-Aktivitäten an der HartRAO-Einrichtung. SARAO koordiniert auch das afrikanische Very Long Baseline Interferometry Network (AVN) für die acht SKA-Partnerländer in Afrika sowie den südafrikanischen Beitrag zur Infrastruktur und technischen Planung für das Square Kilometre Array Radio Telescope (SKA).

MPG: Die Max-Planck-Gesellschaft ist eine gemeinnützige Organisation mit 86 Instituten und Forschungseinrichtungen. Zu den Instituten der Gesellschaft gehört das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn als wichtiger Akteur im Dish-Engineering-Konsortium des SKA. Gemeinsam mit deutschen Industriepartnern, wie dem Teleskopantennenspezialisten MT Mechatronics (MTM), und internationalen Partnern ist das Dish-Konsortium für das Design des SKA-Mittelfrequenz-Arrays (SKA-Mid) verantwortlich.

SKAO: Das SKA-Observatorium (SKAO) ist eine zwischenstaatliche Organisation, die Nationen aus der ganzen Welt zusammenbringt. Ihre Aufgabe ist es, hochmoderne Radioteleskope zu bauen und zu betreiben, um unser Verständnis des Universums zu verändern und Nutzen für die Gesellschaft zu bringen durch globale Zusammenarbeit und Innovation. Das Observatorium hat eine globale Ausrichtung und besteht aus dem SKAO-Hauptquartier im Vereinigten Königreich, den beiden SKAO-Teleskopen an radioruhigen Standorten in Südafrika und Australien sowie zugehörigen Einrichtungen zur Unterstützung des Betriebs der Teleskope. Sobald das SKAO in Betrieb ist, wird es ein globales Observatorium darstellen, das zwei Teleskopanlagen auf drei Kontinenten im Auftrag seiner Mitgliedsstaaten und Partner betreibt.

INAF: Das Istituto Nazionale di Astrofisica ist das wichtigste italienische Forschungsinstitut zur Erforschung des Universums und wurde 1999 gegründet. Das INAF finanziert und betreibt siebzehn separate Forschungseinrichtungen, die ihrerseits Wissenschaftler, Ingenieure und technisches Personal beschäftigen. Die von ihnen durchgeführten Forschungen decken die meisten Bereiche der Astronomie ab, von der Planetenforschung bis zur Kosmologie.

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• Square Kilometre Array (SKA)

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Eine internationale Gruppe von Astronomen unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und der University of British Columbia (UBC) in Vancouver hat erste Ergebnisse eines groß angelegten Programms vorgestellt, bei dem Beobachtungen mit dem südafrikanischen MeerKAT-Radioteleskop dazu verwendet werden, die Theorien von Einstein mit noch nie dagewesener Genauigkeit zu testen. Das Programm mit dem Namen „Relativistic and Binary Pulsars“ (RelBin) und die ersten Ergebnisse werden in einem heute veröffentlichten Artikel in der Fachzeitschrift „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ beschrieben.

Die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein gehört zu den bestuntersuchten Theorien der Physik und stellt die derzeit beste Beschreibung der Gravitation dar. Dennoch bleiben Fragen wie die nach der Natur der „Dunklen Materie“ oder der „Dunklen Energie“ unbeantwortet, und mögliche Abweichungen von der allgemeinen Relativitätstheorie werden nach wie vor untersucht. Hier bietet die Erforschung von Binärpulsaren, Sternen extrem hoher Dichte, die sowohl als kosmische Leuchttürme als auch als präzise Uhren fungieren, einzigartige Einblicke, die andere Experimente, etwa mit Gravitationswellendetektoren oder Satellitenmissionen, ergänzen.

Pulsare sind nur etwa 24 km groß und bestehen hauptsächlich aus Neutronen. Mit Massen bis etwa zweifacher Sonnenmasse sind sie die extremsten Objekte im beobachtbaren Universum. Durch die Verfolgung ihrer Bewegung um einen möglichen Begleiter, einen anderen Neutronenstern oder einen größeren „Weißen Zwerg“, den freigelegten Kern eines gewöhnlichen Sterns am Ende seines Lebens, können Radioteleskope wie MeerKAT in Südafrika ihre Position in der jeweiligen Umlaufbahn auf nur etwa 30 Meter genau bestimmen! Dies kann eine Reihe von relativistischen Effekten in der Umlaufbewegung aufdecken, wie die Emission von Gravitationswellen oder die Auswirkungen auf die Ausbreitung von Licht in ihren starken Gravitationsfeldern.

Das MeerKAT-Teleskop ist ein hervorragendes neues Radioteleskop, das vom „South African Radio Astronomy Observatory“ (SARAO) gebaut und betrieben wird. Es bietet eine hohe Empfindlichkeit durch die Kombination der Signale von 64 einzelnen 13-m-Antennen. Im Rahmen des „Large Survey Proposals“ MeerTime, das von Prof. Matthew Bailes von der Swinburne-Universität in Australien geleitet wird, war das Projekt „Relativistic and Binary Pulsars“ (RelBin) unter der Leitung von Prof. Michael Kramer, Direktor am MPIfR, Bonn, und Prof. Ingrid Stairs, University of British Columbia in Kanada, das am besten bewertete Wissenschaftsprogramm, das für MeerKAT vorgeschlagen wurde. Das internationale RelBin-Team mit Kollegen aus Afrika, Australien, Europa und Nordamerika präsentiert nun die ersten Ergebnisse aus diesem Programm.

RelBin konzentriert sich in erster Linie auf die Beobachtung von relativistischen Effekten in Pulsar-Binärsystemen, um Präzisionsmessungen der Massen von Neutronensternen und Tests von Gravitationstheorien zu ermöglichen. Auch wenn detaillierte Ergebnisse erst nach vielen weiteren Monaten der Beobachtung zu erwarten sind, kann das Team bereits jetzt zeigen, dass die Beobachtungen mit MeerKAT die vorhandenen Daten von anderen Teleskopen typischerweise um einen Faktor 2-3, manchmal sogar um eine ganze Größenordnung, verbessern. Michael Kramer ist begeistert: „Die Leistung von MeerKAT ist besser als wir erwartet haben! Wir können jetzt Experimente durchführen, die mit anderen Teleskopen nicht nur etwa 10 Jahre gedauert hätten, sondern wir können sie auch viel präziser durchführen.

Zu den untersuchten Quellen gehört das berühmte Doppelpulsar-System, in dem sich zwei Pulsare in nur 2,5 Stunden umkreisen. Die Co-Leiterin des Projekts, Ingrid Stairs, erklärt: „Wir können dieses System jetzt viel genauer untersuchen. Das System ändert seine Bahnkonfiguration aufgrund relativistischer Effekte ständig, und wir können diese Effekte für Tests der allgemeinen Relativitätstheorie sehr genau verfolgen.“

RelBin ist die bisher größte Studie von relativistischen Doppelpulsaren und zielt auch darauf ab, die Zahl präzise gemessener Massen von Neutronensternen zu erhöhen. Dr. Vivek Venkatraman Krishnan, Post-Doktorand am MPIfR und Mitorganisator der Arbeit, bringt dies auf den Punkt: „Die Masse von Neutronensternen gibt Aufschluss darüber, wie dicht wir die Materie im Universum packen können. Mit MeerKAT-Beobachtungen von relativistischen Effekten in der Bewegung von Neutronensternen in Binärsystemen können wir ihre Massen mit einer Genauigkeit von etwa 1% oder besser messen und damit möglicherweise eine Reihe von Modellen, die von Kernphysikern vorgeschlagen wurden, beweisen oder ausschließen.“

Das Team von Matthew Bailes an der Swinburne University of Technology hat die Supercomputer-Infrastruktur entwickelt, die täglich fast 300 Millionen Megabyte an Input vom Teleskop verdaut und in wissenschaftlich verwertbare Daten umwandelt. „MeerKAT ist ein perfektes Beispiel für ein global umfassendes Wissenschaftsprojekt, bei dem Experten aus der ganzen Welt zusammenkommen, um ein fantastisches Instrument zu bauen, das die Einsteinschen Gesetze auf Herz und Nieren prüft“, sagt er.

Das von SARAO betriebene MeerKAT-Teleskopnetzwerk ist das größte Radioteleskop der südlichen Hemisphäre und eines von zwei Vorläuferinstrumenten des SKA-Projekts, aufgebaut in Südafrika. Das in der Karoo-Wüste gelegene Radioteleskop wird demnächst von der Max-Planck-Gesellschaft in Zusammenarbeit mit SARAO und dem INAF in Italien um eine Anzahl zusätzlicher Reflektorantennen erweitert. Dieses Projekt unter der Bezeichnung „MeerKAT+“ wird die Fähigkeiten von MeerKAT verbessern. Das Teleskop soll später schrittweise in das Mid-Teleskop des SKAO integriert werden. Die ersten wissenschaftlichen Beobachtungen mit dem verbesserten MeerKAT-Teleskop könnten bereits im Jahr 2023 beginnen, noch während der Testphase des Teleskops.

„Wir möchten unseren südafrikanischen Kollegen einfach zu ihrer großartigen Leistung gratulieren. Wir sind stolz und dankbar, dass wir das Teleskop zusammen mit unseren afrikanischen Kollegen für unsere gemeinsamen Studien nutzen können. Bleiben Sie dran für viele weitere spannende Ergebnisse!“, schließt Michael Kramer.

Hintergrundinformation
Das vom „South African Radio Astronomy Observatory“ (SARAO) betriebene MeerKAT-Teleskopnetzwerk ist das größte Radioteleskop der südlichen Hemisphäre und eines von zwei Vorläuferinstrumenten des SKA-Projekts, das in Südafrika stehen wird. Das in der Karoo-Wüste gelegene Radioteleskop wird demnächst um weitere Parabolantennen zum Projekt „MeerKAT+“ erweitert. Das Teleskop wird später schrittweise in das SKA-Projekt integriert, dessen Bau demnächst beginnt und bis 2028 andauern wird. Die ersten wissenschaftlichen Beobachtungen mit MeerKAT+ könnten bereits im Jahr 2023 beginnen, während der Testphasen des Teleskops.

MeerTIME ist ein „Large Survey Proposal“, für das MeerKAT-Teleskopnetzwerk, geleitet von der „Swinburne University of Technology“ in Zusammenarbeit mit mehreren australischen Instituten sowie INAF, der University of Manchester, dem MPIfR, dem NRAO und dem SARAO.

„Relativistic and Binary Pulsars“ (RelBin) ist ein Wissenschaftsprogramm im Rahmen des „Large Survey Proposals“ MeerTime, zur systematischen Untersuchung von Pulsarbinärsystemen für Tests der Gravitation. Das Programm wird von Prof. Michael Kramer, Direktor am MPIfR in Bonn, und Prof. Ingrid Stairs von der University of British Columbia (UBC) geleitet. Das internationale Forschungsteam von RelBin umfasst Wissenschaftler aus Afrika, Australien, Europa und Nordamerika.

Das Forscherteam für die Veröffentlichung umfasst Michael Kramer, Ingrid H. Stairs, Vivek Venkatraman Krishnan, Paulo C. C. Freire, Federico Abbate, Matthew Bailes, Marta Burgay, Sandra Buchner, David J. Champion, Ismaël Cognard, Tasha Gautam, Marisa Geyer, Lucas Guillemot, Huanchen Hu, Gemma Janssen, Marcus E. Lower, Aditya Parthasarathy, Andrea Possenti, Scott Ransom, Daniel J. Reardon, Alessandro Ridolfi, Maciej Serylak, Ryan M. Shannon, Renée Spiewak, Gilles Theureau, Willem van Straten, Norbert Wex, Lucy S. Oswald, Bettina Posselt, Charlotte Sobey, Ewan D. Barr, Fernando Camilo, Benjamin Hugo, Andrew Jameson, Simon Johnston, Aris Karastergio, Michael Keith und Stefan Osłowski. Elf der Autoren (Kramer, Venkatraman Krishnan, Freire, Abbate, Champion, Gautam, Hu, Parthasarathy, Ridolfi, Wex and Barr) haben eine Affiliation mit dem MPIfR.

Originalveröffentlichung
The Relativistic Binary Programme on MeerKAT: Science objectives and first results
M. Kramer et al.,
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), Volume 504, Issue 2, June 2021, Pages 2094–2114),
DOI: doi.org/10.1093/mnras/stab375

The Relativistic Binary Programme on MeerKAT: Science objectives and first results
arXiv-Preprint (Kramer et al. 2021, MNRAS Volume 504, Issue 2, June 2021, Pages 2094–2114)

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Die südafrikanische “National Research Foundation”, vertreten durch das “South African Radio Astronomy Observatory” (SARAO), und die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) begrüßen das „Istituto Nazionale di Astrofisica“ (INAF) als weiteren Partner im MeerKAT-Erweiterungsprojekt (MeerKAT+).

Die von SARAO und MPG begründete MeerKAT+ Erweiterung ermöglicht eine Verbesserung sowohl der Empfindlichkeit als auch der räumlichen Auflösung des bereits in Betrieb befindlichen MeerKAT-Teleskopnetzwerks und wird damit ein sehr leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der Entstehung und Entwicklung von Galaxien in der Geschichte des Universums darstellen.

Das Erweiterungsprojekt MeerKAT+ umfasst den Ausbau des zur Zeit aus 64 Einzelantennen bestehenden MeerKAT-Teleskopnetzwerks um 20 zusätzliche Antennen als zunächst gemeinsam finanziertes Projekt von SARAO in Südafrika und der deutschen Max-Planck-Gesellschaft.

Die italienische INAF-Institution wird nun MeerKAT+ mit einem zusätzlichen Investment von sechs Millionen Euro unterstützen. Damit werden die wissenschaftlichen Möglichkeiten des Instruments weiter verbessert; dazu wird das Projekt auch von der Beteiligung der INAF-Wissenschaftler profitieren.

MeerKAT besteht im Moment aus insgesamt 64 Teleskopspiegeln. Durch die Erweiterung wird deren Gesamtzahl auf 84 erhöht. Ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass durch die Erweiterung der maximale Abstand zwischen einzelnen Teleskopen auch von acht auf siebzehn Kilometer vergrößert wird. Beides zusammen führt dazu, dass einerseits die Empfindlichkeit von MeerKAT für das Aufspüren schwacher Radioquellen vergrößert wird, andererseits aber auch die Bildauflösung durch den größeren Abstand verbessert wird. Insgesamt werden durch diese Maßnahmen auch die Leistungsanforderungen für die Datenverarbeitung auf das Zehnfache ansteigen.

Insgesamt wird MeerKAT+ ein deutlich leistungsfähigeres Instrument zur Untersuchung der Entstehung und Entwicklung von Galaxien in der Geschichte des Universums darstellen.

Die MeerKAT-Erweiterung wird die Empfindlichkeit des Instruments um rund 50% verbessern und es damit ermöglichen, einerseits große Bereiche des Himmels schneller zu kartieren, andererseits aber auch extrem schwache Radioquellen aufzuspüren.

MeerKAT+ wird dann zu einem späteren Zeitpunkt in das SKA1-Mid-Teleskopnetzwerk integriert, die erste Ausbaustufe des SKA-Teleskops, die aus ingesamt 197 Einzelantennen bestehen wird.

Das MeerKAT+ Projekt wurde im Jahr 2019 angestoßen und mit gründlicher wissenschaftlicher Begutachtung und technischer Planung fortgesetzt. Größere Ausschreibungen für MeerKAT+ sind bereits auf dem Weg und erste Installationen am Standort selbst sind für Mitte 2021 vorgesehen. Die Vollendung des Aufbaus und die wissenschaftliche Inbetriebnahme sind für das Jahr 2023 vorgesehen.

Weitere Informationen
Das South African Radio Astronomy Observatory (SARAO), eine Einrichtung der „National Research Foundation“ in Südafrika, ist verantwortlich für die Organisation aller radioastronomischen Initiativen und Forschungseinrichtungen in Südafrika, darunter das MeerKAT-Radioteleskop in der Karoo-Halbwüste, sowie geodätische und VLBI-Aktivitäten am HartRAO (Hartebeesthoek). SARAO koordiniert außerdem das “African Very Long Baseline Interferometry Network” (AVN) für acht SKA-Partnerländer in Afrika und den südafrikanischen Beitrag zu Infrastruktur und Ingenieursplanung für das „Square Kilometre Array“-Radioteleskop (SKA).

Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine gemeinnützige Organisation mit insgesamt 86 Instituten und Forschungseinrichtungen, darunter das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn als einem Hauptakteur im „Dish Engineering Consortium“ für das SKA. Zusammen mit Industriepartnern in Deutschland wie MT Mechatronics (MTM), einem Spezialisten für Teleskopantennen, sowie weiteren internationalen Partnern ist dieses Konsortium verantwortlich für den Aufbau des SKA-Teleskopnetzwerks für den mittleren Radiofrequenzbereich (SKA-Mid). Das MPIfR und die MPG haben in Partnerschaft mit dem SARAO bereits früher für eine Summe von 16 Millionen Euro ein hochmodernes Empfängersystem für alle 64 Antennen des MeerKAT-Teleskopnetzwerks bereitgestellt, das mit einem sogenannten Beamformer und einem leistungsfähigen Computercluster für die Entdeckung von Radiopulsaren und transienten Radioquellen eingesetzt wird und auch bei der SKA-Max-Planck-Dish-Demonstrator-Antenne zum Einsatz kommt.

Das Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), gegründet im Jahr 1999, stellt die hauptsächliche italienische Forschungseinrichtung zur Untersuchung des Universums dar. INAF finanziert und betreibt insgesamt 17 unterschiedliche Forschungseinrichtungen, in denen sowohl Wissenschaftler als auch Ingenieure und technisches Personal beschäftigt sind. Die Forschungsrichtungen umfassen die meisten Gebiete der Astronomie, von Untersuchungen im Sonnensystem bis zur Kosmologie.

Das Square Kilometre Array (SKA) ist ein internationales Projekt zum Aufbau des weltgrößten Radioteleskops mit einer Sammelfläche von einem ganzen Quadratkilometer (oder einer Million Quadratmetern). Das SKA-Teleskopnetzwerk wird an zwei Standorten errichtet, ein Teil in Afrika und ein Teil in Australien. Es wird eine bisher nicht erreichte Spannweite der Beobachtungen umfassen und eine Bildschärfe erreichen, die diejenige des Hubble-Weltraumteleskops um das Fünfzigfache übertrifft, wobei es auch möglich sein wird, großskalige Bereiche am Himmel gleichzeitig zu vermessen.

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