Quelle: ASTRON NL, 17. Juli 2025.

17. Juli 2025 – Dwingeloo – Entdeckung einer neuen Klasse kosmischer Radioemitter

Die Quelle mit der offiziellen Bezeichnung ILT J163430+445010 scheint zu einer bisher unbekannten Klasse von Objekten zu gehören, die als Long-Period Transients (LPTs) bekannt sind: rätselhafte Himmelskörper,
die viel langsamer als typische Pulsare helle Radiopulse aussenden.

Dieses System, das Tausende von Lichtjahren von der Erde entfernt ist, erzeugt alle 14 Minuten Radiopulse und weist dabei eine außergewöhnliche Eigenschaft auf. Einige Pulse haben Radiowellen, die sich im Kreis drehen (zirkulare Polarisation), während andere in geraden Linien schwingen (lineare Polarisation). „J1634+44 ist selbst unter der kleinen Population von Langzeit-Transienten, die bisher gefunden wurden, einzigartig“, sagte Sanne Bloot. „Sein schneller Polarisationswechsel von zirkular zu linear wurde bisher noch bei keinem anderen Objekttyp beobachtet und bietet uns eine seltene Gelegenheit, die Physik hinter diesen hellen und rätselhaften Impulsen zu untersuchen.“

Um die Natur des Objekts zu identifizieren, das die Impulse aussendet, kombinierten die Forscher Radiobeobachtungen mit Beobachtungen im Infrarot-, optischen und ultravioletten Bereich. Ihre Analyse deutet auf einen Weißen Zwerg hin: den heißen, dichten Kern, der übrig bleibt, wenn ein Stern wie unsere Sonne stirbt. Dieser Weiße Zwerg hat eine Oberflächentemperatur zwischen 15.000 und 33.000 Grad Celsius und ist damit viel heißer als unsere Sonne.

Hinweise auf einen versteckten Begleiter, der die Radioemissionen auslöst

Eine weitere außergewöhnliche Eigenschaft dieser Objekte ist, dass die Radiopulse in einem merkwürdigen Rhythmus eintreffen: Sie kommen paarweise, aber erst nachdem sich der tote Stern mehrmals gedreht hat, ohne dass dabei erkennbare Signale erzeugt wurden. Astronomen glauben, dass dieses Muster darauf hindeutet, dass der Weiße Zwerg einen Begleiter hat, möglicherweise einen anderen toten Stern oder einen gescheiterten Stern, einen sogenannten Braunen Zwerg, der durch magnetische Wechselwirkungen die Radioemissionen auslöst.

„Bemerkenswert ist, dass die Zeit zwischen den Impulspaaren einem choreografierten Muster zu folgen scheint“, sagte Dr. Harish Vedantham, Astronom bei ASTRON und Mitautor der Studie. „Wir glauben, dass dieses Muster wichtige Informationen darüber enthält, wie der Begleiter den Weißen Zwerg dazu veranlasst, Radiowellen auszusenden. Eine fortgesetzte Beobachtung sollte uns helfen, dieses Verhalten zu entschlüsseln, aber im Moment stehen wir vor einem echten Rätsel.“

Bislang wurden nur zehn dieser langsam pulsierenden Radioquellen gefunden, sodass jede neue Entdeckung für das Verständnis ihrer Funktionsweise von großem Wert ist. Im Gegensatz zu den meisten früheren Entdeckungen, die hinter Staubwolken und Sternen verborgen waren, befindet sich diese in einem relativ klaren Teil des Himmels und kann detailliert untersucht werden.

Die Entdeckung wurde durch eine systematische Suche nach Impulsen in den Daten des LOFAR Two Metre Sky Survey ermöglicht, einer hochempfindlichen Untersuchung des nördlichen Himmels. Da LOFAR seine Himmelsuntersuchung fortsetzt, erwartet das Team, noch mehrere solcher Objekte zu entdecken. Diese bevorstehenden Entdeckungen könnten endgültig erklären, wie tote Sterne als radioemittierende Leuchtfeuer wieder zum Leben erweckt werden.

J1634+44 wurde gleichzeitig mit dem CHIME-Teleskop von einem Team unter der Leitung von Dr. Fengqiu Adam Dong entdeckt. Ihre Arbeit mit dem Titel „CHIME/FRB Discovery of an Unusual Circularly Polarized Long-Period Radio Transient with an Accelerating Spin Period” wurde im Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

LOFAR enthüllt seltene pulsierende tote Sterne

IDie Quelle wurde bei einer systematischen Suche nach ungewöhnlichen Radiosignalen im Rahmen des LOFAR Two-Metre Sky Survey entdeckt, der große Bereiche des nördlichen Himmels überwacht. Dank der Empfindlichkeit von LOFAR für zirkular polarisierte Radiowellen, die sich wie Korkenzieher drehen, konnte das Team die charakteristische Signatur dieses Systems erkennen. Über einen Zeitraum von fast vier Jahren verfolgten die Astronom*innen die Quelle und zeichneten 19 separate Radiobursts auf. Der hellste davon war hunderte Male stärker als das schwächste nachweisbare Signal.

Diese Entdeckung zeigt, wie moderne Radioteleskope seltene kosmische Phänomene aufdecken können, die für Asteronom*innen bisher unsichtbar waren. Während LOFAR seine Himmelsdurchmusterung fortsetzt, erwartet das Team, mehrere weitere dieser mysteriösen, Radiowellen aussendenden toten Sternsysteme zu entdecken, die eine völlig neue Population kosmischer Objekte offenbaren könnten. Diese Forschung und die zu erwartenden weiteren Entdeckungen könnten endgültig erklären, wie tote Sterne als radioemittierende Leuchtfeuer wieder zum Leben erweckt werden können.

Forschungsteam

Die Forschungsergebnisse wurden in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht und sind das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen ASTRON, der Universität Groningen, der Universität Amsterdam, der Universität Texas in Austin, der Universität Hawaii, der Universität Leiden und der Universität Edinburgh.

Artikel:

1) Strongly polarised radio pulses from a new white dwarf hosting
long-period transient: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/07/aa55131-25/aa55131-25.html

2) CHIME/FRB Discovery of an Unusual Circularly Polarized Long-Period Radio Transient with an Accelerating Spin Period: https://arxiv.org/abs/2507.05139

Über LOFAR ERIC:

LOFAR (LOw Frequency ARray) ist das weltweit größte und empfindlichste Radioteleskop, das bei niedrigen Frequenzen (10–240 MHz) eingesetzt werden soll. Es besteht aus 52 Antennenstationen, die strategisch günstig in ganz Europa verteilt sind: in den Niederlanden, Frankreich, Deutschland, Irland, Lettland, Polen, Schweden und dem Vereinigten Königreich. Der Bau von zwei weiteren internationalen Stationen in Italien und Bulgarien ist geplant.

LOFAR wurde ursprünglich von ASTRON (dem niederländischen Institut für Radioastronomie) entwickelt und hat die Niederfrequenz-Radioastronomie revolutioniert, was in den letzten zehn Jahren zu einer beeindruckenden Anzahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen geführt hat. LOFAR bietet eine unübertroffene Empfindlichkeit – über 100 Mal besser als frühere Teleskope, die bei diesen Frequenzen eingesetzt wurden – mit einer außergewöhnlichen Bildauflösung und multidirektionalen Beobachtungsmöglichkeiten.

Seit Dezember 2023 wird die Infrastruktur von LOFAR ERIC verwaltet, einer einzigen juristischen Person in der Europäischen Union, deren Gründungsmitglieder Bulgarien, Deutschland, Irland, Italien, die Niederlande und Polen sind. Mit dem Beitritt Schwedens und des Vereinigten Königreichs ist die Gesamtzahl der Mitglieder auf acht Länder gestiegen, wobei die fortgesetzte Zusammenarbeit mit Instituten in Frankreich und Lettland eine weitere Beteiligung an der verteilten Infrastruktur und dem Forschungsprogramm von LOFAR sicherstellt.

LOFAR führt derzeit eine umfassende Aufrüstung (LOFAR 2.0) durch, die seine wissenschaftlichen Forschungskapazitäten erheblich verbessern und erweitern wird.

Auswirkungen auf die Forschung

Die umfassenden Datenarchive von LOFAR ermöglichen Forschern weltweit den Zugriff auf und die Analyse von vielfältigen astronomischen Beobachtungen und fördern so die globale wissenschaftliche Zusammenarbeit. Diese Archive enthalten detaillierte Beobachtungen von Galaxien und anderen kosmischen Phänomenen und dienen als dynamische Ressource zur Vertiefung unseres Verständnisses des Universums.
Die leistungsstarken Rechen- und Datenspeichereinrichtungen für LOFAR – sowohl inhaltlich als auch vom Umfang her astronomisch – werden in verteilten Rechenzentren in Amsterdam (Niederlande), Jülich (Deutschland) und Posen (Polen) gehostet.

ASTRON ist das niederländische Institut für Radioastronomie und gehört zur Institutsorganisation der NWO. Unsere Mission ist es, Entdeckungen in der Radioastronomie zu ermöglichen. Dazu entwickeln wir neue und innovative Technologien, setzen Weltklasse-Radioastronomieanlagen wie das Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) und das Low Frequency Array (LOFAR) ein und betreiben astronomische Grundlagenforschung.

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Radioteleskop LOFAR

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 3. September 2024.

3. September 2024 – Dank der Zusammenstellung im Katalog konnte man den kosmischen Radiodipol messen, einen kosmologischen Effekt, der durch die Bewegung der Erde durch das Universum entsteht und einen wichtigen Test für Theorien der Kosmologie auf den größten Skalen darstellt. Die Messung unterstreicht den Wert der MeerKAT-Daten und zeigt, dass solche empfindlichen Daten äußerst wertvolle Einblicke in den Ursprung des kosmischen Dipoleffekts liefern können.

Betrachtet man den Himmel bei Radiowellenlängen, sieht man statt der gewohnten Sterne vor allem Galaxien in extrem großer Entfernung. Der Anblick des Radiohimmels bietet einen ungehinderten Einblick in die Entwicklung von Galaxien, Schwarzen Löchern und Gas im Universum und zeigt auch, wie das Universum auf den größten Skalen aussieht. Der „MeerKAT Absorption Line Survey“ (MALS), der auf der herausragenden Empfindlichkeit und Abbildungsgenauigkeit des MeerKAT-Radioteleskopnetzwerks in Südafrika beruht, hat extrem empfindliche Bilder erzeugt, die fast eine Million Radioquellen aus 391 Belichtungen mit dem Teleskop erfassen. Es ist der größte Katalog, der bisher von einer MeerKAT-Durchmusterung erstellt wurde, und einer der wenigen Radiokataloge mit einer Million oder mehr Quellen. Da der Schwerpunkt eher auf der Tiefe der Belichtung als auf der Himmelsabdeckung liegt, konnten viele Quellen zum ersten Mal entdeckt werden.

„Die Empfindlichkeit und der Umfang dieses Kontinuumskatalogs sind einzigartig unter den modernen Radiokontinuumsdurchmusterungen. Die Veröffentlichung wird es der Forschergemeinschaft ermöglichen, eine Vielzahl von Fragen zur Entwicklung von Galaxien und des Universums zu beantworten“, sagt Neeraj Gupta, Astronom am „Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics“ (IUCAA) in Indien, der Leiter des MALS-Projekts.

Um aus den großen Mengen an Rohdaten, die von MeerKAT erzeugt werden, diese empfindlichen Bilder zu erhalten, wird beim IUCAA in Indien eine hochentwickelte Verarbeitungspipeline und Datenspeichereinrichtung unterhalten. Die Bilder und Kataloge wurden am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Deutschland von Jonah Wagenveld, dem Hauptautor der hier vorgestellten Arbeit, weiter analysiert und für die Veröffentlichung vorbereitet. Der umfangreiche Katalog hat es dem MALS-Team ermöglicht, eine Messung des kosmischen Dipols durchzuführen – ein subtiler Effekt, der durch die Bewegung des Sonnensystems durch das Universum verursacht wird. Dieser Effekt führt dazu, dass die Quellen in Richtung dieser Bewegung zahlreicher und in der entgegengesetzten Richtung weniger zahlreich erscheinen, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Die Richtung und das Ausmaß der Bewegung der Erde durch das Universum wurden bis jetzt durch Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds ermittelt. Die Größe des kosmischen Dipoleffekts, der in direktem Zusammenhang mit der Geschwindigkeit dieser Bewegung stehen sollte, erschien jedoch bei vielen Messungen viel größer als im Vergleich zur Vorhersage. Dies deutet darauf hin, dass der kosmische Dipol nicht nur durch die Geschwindigkeit der Bewegung verursacht wird, sondern durch einen echten Unterschied in der Dichte der Quellen in verschiedenen Richtungen am Himmel, was nach den kosmologischen Modellen nicht der Fall sein sollte. Überraschenderweise stimmt die neue MALS-Messung nun mit den Vorhersagen überein. Es ist zwar noch nicht bekannt, warum dies der Fall ist, aber es könnte mit dem Aufbau der Durchmusterung zusammenhängen, die kleine Himmelsbereiche bis zur sehr großen Empfindlichkeiten abdeckt, im Gegensatz zu den größeren, aber weniger empfindlichen Himmelsabdeckungen anderer Radiodurchmusterungen. Aus diesem Grund sind viele schwache „normale Galaxien“ in dem empfindlichen Katalog enthalten, was zweifellos die Messung des kosmischen Dipols beeinflusst.

„Die Messung des Dipols ist ein äußerst wichtiger Test für die Kosmologie und kann uns sagen, ob unsere grundlegenden Annahmen über die Struktur des Universums korrekt sind“, erklärt Jonah Wagenveld, Astronom am MPIfR und Hauptautor der Studie.

Das Rätsel ist jedoch noch lange nicht gelöst, und künftige größere Kataloge, entweder von MALS unter Ausnutzung des niederfrequenteres UHF-Bands von MeerKAT, oder von künftigen Observatorien, werden diese Ergebnisse analysieren und das Problem ggf. auflösen können.

„Die konsistente und automatisierte Verarbeitung war unerlässlich, um subtile Effekte in den Daten in den Griff zu bekommen, die die Genauigkeit unserer Messungen beeinträchtigen würden. Diese neue Durchmusterung ist ein Sprungbrett für zukünftige groß angelegte Radiodurchmusterungen mit dem Square Kilometre Array und dem Deep Synoptic Array“, sagt Hans-Rainer Klöckner, Forscher am MPIfR, der die Verwendung von MALS für die Dipolmessung initiiert hat.

Weitere Informationen
Der neue Katalog und die begleitenden wissenschaftlichen Ergebnisse dieser Studie sind in Wagenveld et al. (2024) beschrieben, angenommen zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“. Dies ist die zweite von mehreren Veröffentlichungen von Radiokontinuums- und Spektralliniendaten aus dem „MeerKAT Absorption Line Survey“ (MALS), basierend auf einer Teamleistung zur Veröffentlichung dieser Daten. Die MALS-Kataloge und -Bilder sind öffentlich zugänglich unter https://mals.iucaa.in. Das MALS-Team ist ein internationaler Zusammenschluss von Forschern aus der ganzen Welt, geleitet von Neeray Gupta (IUCAA, Indien).

Das MeerKAT-Teleskop ist eine Einrichtung der „National Research Foundation“ (NRF) in Südafrika und wird vom „South African Radio Astronomy Observatory“ (SARAO) betrieben. Die riesige Menge an Rohdaten (1,6 Petabyte), die von SARAO empfangen werden, ist beim IUCAA gespeichert und wird mit Hilfe einer automatisierten Pipeline verarbeitet, die vom IUCAA in Zusammenarbeit mit „Thoughtworks Technologies India Pvt Ltd.“ Betriebenwird. Sie nutzt in großem Umfang Werkzeuge und Aufgaben der Software „Common Astronomy Software Applications“ (CASA), die vom „National Radio Astronomy Observatory“ (NRAO) in den USA entwickelt wurde.

Das SKA-Observatorium (SKAO) ist eine zwischenstaatliche Organisation, die Nationen aus der ganzen Welt zusammenbringt. Aufbabe des SKAO ist der Bau und Betrieb hochmoderner Radioteleskope, die das Verständnis des Universums verändern und zum Nutzen der Gesellschaft durch globale Zusammenarbeit und Innovation beitragen soll. Das Observatorium ist weltweit tätig und besteht aus dem SKAO-Hauptquartier im Vereinigten Königreich, den beiden SKAO-Teleskopen an radioruhigen Standorten in Südafrika und Australien sowie den dazugehörigen Einrichtungen zur Unterstützung des Betriebs der Teleskope. Sobald das SKAO in Betrieb ist, wird es eine umfassende globale Sternwarte darstellen, die im Auftrag der Mitgliedstaaten und Partner zwei Teleskope auf drei Kontinenten betreibt.

Autoren der Veröffentlichung sind: J. D. Wagenveld, H-R. Klöckner, N. Gupta, S. Sekhar, P. Jagannathan, P. P. Deka, J. Jose, S. A. Balashev, D. Borgaonkar, A. Chatterjee, F. Combes, K. L. Emig, A. N. Gaunekar, M. Hilton, G. I. G. Józsa, D. Y. Klutse, K. Knowles, J.-K. Krogager, E. Momjian, S. Muller, and S. P. Sikhosana. Die ersten beiden Autoren, Jonah Wagenveld und Hans-Rainer Klöckner, sowie Gyula Józsa sind Mitarbeiter des MPIfR.

Originalpublikation:
J.D. Wagenveld et al.: The MeerKAT Absorption Line Survey 2: Wideband continuum catalogues and a measurement of the cosmic radio dipole, 2024, Astronomy & Astrophysics (zur Veröffentlichung angenommen)
arXiv-Preprint: https://arxiv.org/abs/2408.16619
pdf: https://arxiv.org/pdf/2408.16619

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• Square Kilometre Array (SKA)

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 20. Juni 2024.

20. Juni 2024 – Amélie Saintonge, erst kürzlich als Direktorin an das Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) berufen, kann auf eine lange Erfolgsgeschichte in der internationalen Spitzenforschung zur Galaxienentwicklung zurückblicken. Insbesondere untersucht sie das Zusammenspiel zwischen Galaxien und der Umgebung, in der sie leben, mit besonderem Augenmerk auf die zentrale Rolle des kalten interstellaren Mediums bei der Regulierung des Galaxienwachstums. Sie hat gezeigt, dass die Sternentstehung – weit davon entfernt, ein universeller Prozess zu sein – mit einer Effizienz abläuft, die von Galaxie zu Galaxie und auf einer kosmischen Zeitskala systematisch variiert. Ihre wissenschaftlichen Errungenschaften beruhen auf der Leitung großer Beobachtungsprojekte über das gesamte radioastronomische Spektrum, von cm- bis zu mm- und sub-mm-Wellenlängen, wobei sie auch Brücken zur optischen Astronomie und zur Theorie geschlagen hat.

Der Schwerpunkt von Amélie Saintonges neuer Forschungsabteilung „Sternentstehung und Galaxienentwicklung“ am MPIfR wird darin bestehen, eine solide Beobachtungsbasis zu schaffen, insbesondere bei (Sub-)mm- und Radiowellenlängen. Sie ist erforderlich, um die Verbindung von Galaxien mit ihrer großräumigen gasförmigen Umgebung und dem kosmischen Netz, sowie die Physik und Chemie des interstellaren Mediums und die Triebkräfte der Sternentstehung in allen Umgebungen und Maßstäben, von der Milchstraße über nahe Galaxien bis zum frühen Universum, zu untersuchen.

„Wir wissen inzwischen, dass die Geschichte der Galaxien gleichzeitig durch Dinge bestimmt wird, die sowohl auf sehr großen Skalen passieren, wie die Gasströme entlang des kosmischen Netzes der dunklen Materie, als auch auf sehr kleinen Skalen, wo sich einzelne Sterne aus diesem Gas bilden“, sagt Prof. Saintonge. „Um dieses dynamische Problem auf mehreren Ebenen zu lösen, müssen wir alle uns zur Verfügung stehenden Instrumente nutzen, aber Beobachtungen des interstellaren Mediums bei Radiowellenlängen sind besonders wichtig. Mit seinem reichen Vermächtnis an Technologieentwicklung für die Submm- und Radioastronomie und dem Zugang zu weltweit führenden Einrichtungen ist das MPIfR die perfekte Umgebung, um diese Forschung durchzuführen.“

„Wir freuen uns sehr, dass wir eine so exzellente Wissenschaftlerin für unser Institut und die Region Bonn/Köln als Ganzes gewinnen konnten. Professor Saintonge wird inspirierende neue wissenschaftliche Aspekte einbringen und die erstaunliche Bandbreite der Forschung aufzeigen, die man mit radioastronomischen Beobachtungen betreiben kann“, sagt Prof. Michael Kramer, Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung „Radioastronomische Fundamentalphysik“. „Während meine Abteilung extreme Zustände der Materie und ihr Verhalten in stark relativistischen Umgebungen untersucht, konzentriert sich Amélies Arbeit auf die Sternentstehung in Galaxien, aber auch auf die Wichtigkeit ihrer Entwicklung als Ganzes.“

Amélie Saintonge stammt ursprünglich aus Kanada, wo sie an der Universität von Montreal Mathematik und Physik studierte. Sie erwarb ihren Master of Science und ihren Doktortitel an der Cornell-Universität (Ithaka/USA) und spielte eine zentrale Rolle bei der ALFALFA-Durchmusterung des Arecibo-Radioobservatoriums. Anschließend war sie Postdoktorandin am Institut für Theoretische Physik der Universität Zürich, Schweiz, bevor sie eine gemeinsame Forschungsstelle an den Max-Planck-Instituten für Astrophysik und extraterrestrische Physik in Garching antrat. Seit 2013 ist sie Professorin für Astrophysik am University College London. Von 2013 bis 2021 war sie University Research Fellow der Royal Society und wurde 2018 mit dem Fowler Award for Early Achievement in Astronomy der Royal Astronomical Society ausgezeichnet.

„Wir sind begeistert, Prof. Amélie Saintonge als neue Direktorin am Max-Planck-Institut für Radioastronomie zu haben“, sagt Prof. J. Anton Zensus, Geschäftsführender Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung „Radioastronomie/VLBI“. „Mit ihrer exzellenten Forschung zum Zusammenspiel von Sternentstehung und Galaxienentwicklung wird sie die Wissenschaft an unserem Institut, auch unter Nutzung einer neuen Generation von Teleskopen, in hervorragender Weise ergänzen.“

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• Max Plank Institute

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 31. Mai 2024.

31. Mai 2024 – Das Nationale Astronomische Forschungsinstitut von Thailand (NARIT) hat in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) den historisch ersten Nachweis astronomischer Radiosignale mit Hilfe der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) mit dem 40-m-Radioteleskop von Thailand (TNRT) erzielt. Das Experiment, das zusammen mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg in Deutschland durchgeführt wurde, stellt das erste erfolgreiche VLBI-Experiment in Thailand dar.

Bei der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) arbeiten mehrere Radioteleskope, die weit voneinander entfernt sind, manchmal sogar auf verschiedenen Kontinenten, zusammen, um Radiobilder höchster Auflösung zu erzeugen. VLBI ist ein äußerst anspruchsvoller Beobachtungsmodus, bei dem die von den einzelnen Teleskopen aufgezeichneten Signale genau aufeinander abgestimmt und addiert werden müssen. Auf diese Weise werden die beiden Teleskope zu einem riesigen virtuellen Teleskop mit einem Auflösungsvermögen (Fähigkeit, extrem kleine Dinge in weiter Entfernung zu sehen) kombiniert, das viele tausend Mal besser ist als das der einzelnen Teleskope.

Die erfolgreichen VLBI-Beobachtungen mit dem TNRT und den Effelsberger Radioteleskopen wurden am 16. Mai 2024, UTC 14:00-17:00 Uhr, im Frequenzbereich von 1,658-1,674 GHz durchgeführt. Der Abstand zwischen den beiden Teleskopen beträgt ca. 8.500 km. Das führt zu einer Auflösung von 4,4 Millibogensekunden, mehr als 13.000 Mal besser als die des menschlichen Auges. Wäre das menschliche Auge zu einer solchen Auflösung fähig, könnte man auf dem Mond den Mittelkreis eines Fußballfeldes sehen.

Während des Experiments beobachtete das Team vier extragalaktische Radiogalaxien und Quasare: OJ287, 3C273, M87 (Virgo A) und J2005+7752. Das sind helle astronomische Objekte für Beobachtungen in Radiowellenlängen. Die Daten wurden mit einem hochmodernen digitalen Verarbeitungs- und Aufzeichnungssystem aufgezeichnet: dem Effelsberg Direct Digitization (EDD) System, das einen Teil des vom MPIfR entwickelten Universal Software Backend (USB) darstellt. Alle Mitglieder des Teams, die diese Leistung möglich gemacht haben, sind im Abschnitt „Hintergrundinformationen“ aufgeführt.

Durch elektronische Datenübertragung vom thailändischen Nationalen Radioastronomie-Observatorium (TNRO) an das MPIfR und Signalverarbeitung, um eine Apertursynthese mit Hilfe des VLBI-Datenkorrelators am MPIfR zu erreichen, wurden schließlich bei allen beobachteten Objekten korrelierte VLBI-Radiosignale (sogenannte „Fringes“) nachgewiesen. Die nachgewiesenen Signale zeigten korrelierte Amplituden mit Signal-Rausch-Verhältnissen, die den Erwartungen für diese Quellen entsprechen.

Dr. Gundolf Wieching, Abteilungsleiter der Elektronikabteilung am MPIfR, sagt: „Es war uns eine große Freude, die erfolgreiche Reise des NARIT-Teams zu den ersten VLBI-Beobachtungen in Thailand zu begleiten. Das ist ein bedeutender Meilenstein, der durch die tolle Arbeit des NARIT-Teams möglich wurde, und zeigt das Potenzial des 40m-TNRT-Teleskops in Thailand für die zukünftige Wissenschaft.“

Dr. Koichiro Sugiyama, leitender Wissenschaftler des TNRO im NARIT, erklärt: „Es ist uns eine Ehre, diesen historischen Moment der ersten VLBI-Signaldetektion des 40-m-TNRT gemeinsam mit dem exzellenten Team des MPIfR zu begrüßen. Dies ist die Geburtsstunde der Radioastronomie mit VLBI-Technik in Thailand. Auf der Grundlage dieses schönen Erfolgs freuen wir uns darauf, die Forschungszusammenarbeit mit der weltweiten Radioastronomie-Gemeinschaft durch VLBI-Beobachtungen zu beschleunigen und zu stärken.“

Dieses erfolgreiche Experiment ist der erste wichtige Schritt zur Erweiterung der Forschungsfelder und -möglichkeiten mit dem 40-m-TNRT durch die weltweite Zusammenarbeit mit VLBI-Netzwerken wie dem europäischen VLBI-Netzwerk, dem Very Long Baseline Array, dem ostasiatischen VLBI-Netzwerk, dem Australian Long Baseline Array, dem Asia Pacific Telescope, dem Global VLBI Array und vielen anderen. Dies bildet auch eine solide Grundlage für die Errichtung eines nationalen VLBI-Arrays in Thailand, des so genannten TVA, und eines nächsten regionalen VLBI-Netzwerks in Südostasien, dem so genannten SEAVN, in Zusammenarbeit mit Indonesien, Malaysia, Vietnam usw. in naher Zukunft.

Hintergrundinformation:
Die Unterzeichnung eines „Memorandum of Understanding“ (MoU) zwischen NARIT und MPIfR fand im Jahr 2012 statt, unter anderem mit Assoc. Prof. Boonrucksar Soonthornthum, Gründungsdirektor von NARIT; Prof. Karl Menten, Geschäftsführender Direktor des MPIfR und Direktor der Forschungsabteilung Millimeter- und Submillimeterastronomie; Prof. Michael Kramer, Direktor der Forschungsabteilung Fundamental Physics in Radio Astronomy. An der „Annex Signing“-Zeremonie im Jahr 2018 nahmen Dr. Ewan Barr, Gruppenleiter Elektronik, Softwareentwicklung; Dr. Gundolf Wieching, Abteilungsleiter der Elektronikabteilung; Prof. Michael Kramer und Prof. Anton Zensus, Geschäftsführer und Direktor der Forschungsabteilung Radioastronomie/VLBI, alle vom MPIfR, sowie Dr. Saran Poshyachinda, Exekutivdirektor des NARIT; Dr. Suvit Maesincee, thailändischer Minister für Wissenschaft und Technologie; Dr. Manop Sittidech, Ministerberater (Wissenschaft und Technologie) teil.

Zu den Mitgliedern der Arbeitsgruppe, die diesen ersten VLBI-Signalnachweis erzielte, gehören Gundolf Wieching, Ewan Barr, Niclas Esser, Uwe Bach, Jan Wagner, Jason Wu, Jompoj Wongphechauxsorn (alle MPIfR) sowie Koichiro Sugiyama, Spiro Sarris, Teep Chairin Nobuyuki Sakai, Naphat Yawilerng, Nikom Prasert, Prachayapan Jiraya, Pathit Chatuphot, Haseng Sani (alle NARIT).

NARIT-Pressemitteilung
Dawn of Radio Astronomy with Very Long Baseline Interferometry in Thailand
NARIT-Pressemitteilung vom 31. Mai 2024 (in englischer Sprache)
https://www.narit.or.th/en/4305_dawn_of_radio_astronomy

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• Radioastronomie

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Quelle: MPE 2. Mai 2024.

2. Mai 2024 – Jüngste Fortschritte in der Radioastronomie haben zur Entdeckung von schwachen Radioquellen geführt, den so genannten Odd Radio Circles (ORCs). Diese neue Kategorie extragalaktischer Quellen zeichnet sich durch ihre einzigartige Morphologie aus, eine ringförmige Emission mit besonders hellen und klumpigen Rändern sowie helle und unregelmäßige Emissionsspitzen im Zentrum. Der Kleeblatt-ORC ist ziemlich nah – sein Licht musste „nur“ etwa 600 Millionen Jahre reisen, um uns zu erreichen (Rotverschiebung 0,046). Erste Beobachtungen deuteten auf eine mögliche Verbindung mit einer elliptischen Zentralgalaxie hin.

Eine bahnbrechende Studie unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) hat den Kleeblatt-ORC nun mit dem XMM-Newton-Observatorium ins Visier genommen. Die intensive Analyse des Teams hat zu unerwarteten Ergebnissen geführt. „Auch wenn die Quelle in den Daten des Röntgenteleskops eROSITA nur schwach zu erkennen ist, wollten wir uns dieses faszinierende System genauer ansehen und hatten das Glück, die nötige Teleskopzeit zu erhalten“, erläutert Esra Bulbul, die die Gruppe am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) leitet. „Zu unserer Überraschung ist die von uns entdeckte ausgedehnte Röntgenemission quer zur Radioemission ausgerichtet.“

Das Forschungsteam hat zwei auffällige Spitzen identifiziert, die beide faszinierende Eigenschaften aufweisen. Der südliche Röntgenpeak, der genau mit der hellsten Radioemission übereinstimmt, hat ein optisches Gegenstück, eine elliptische Zentralgalaxie. Im Gegensatz dazu weist der nordöstliche Peak rätselhafte Merkmale auf, er hat weder ein optisches Gegenstück noch entspricht er einer hellen Radioquelle. Weitere Untersuchungen des diffusen Röntgengases, das den Kleeblatt-ORC umgibt, deuten darauf hin, dass sich der ORC in einer mit Gas gefüllten Region befindet, die den Raum innerhalb der kleinen Galaxiengruppen durchdringt.

Das Team entdeckte eindeutige Hinweise darauf, dass sich das Kleeblatt-ORC-System mitten in einer Verschmelzung befindet. Bei einer genaueren Untersuchung einzelner Galaxien innerhalb des Systems fanden die Forscher erhebliche Störungen in deren Morphologie, insbesondere in Richtung Osten. Die Studie zeigt auch eine Untergruppe mit hohen Geschwindigkeiten, die bei optischen Wellenlängen erkennbar ist. Zusammen mit der gestörten Morphologie der Röntgenemission des gruppeninternen Mediums ist dies ein deutlicher Hinweis auf eine aktuelle Verschmelzung innerhalb des Kleeblatt-ORC. Signifikante Abweichungen zwischen Galaxien und Röntgengas werden häufig bei der Verschmelzung großer Galaxienhaufen beobachtet, sind aber innerhalb von Galaxiengruppen selten. Xiaoyuan Zhang, Postdoktorand am MPE und Zweitautor der Studie, betont, wie wichtig tiefere Röntgenbeobachtungen sind, um die thermische Geschichte des gruppeninternen Mediums zu verfolgen und tiefere Einblicke in das Fusionsszenario zu gewinnen. „Wenn wir die thermische Geschichte des gruppeninternen Mediums aufspüren wollen, die Aufschluss über das Verschmelzungsszenario geben würde, brauchen wir in Zukunft tiefere Röntgenbeobachtungen“, kommentiert Zhang.

Da bisher nur acht ORCs bekannt sind, muss jede mögliche Erklärung für ihren Ursprung die Frage beantworten, warum sie so selten sind. Die führende Theorie über die Seltenheit von ORCs besagt, dass nur wenige geometrische Faktoren zu ihrer Beobachtung im Zusammenhang mit solchen Verschmelzungen führen. Eine faszinierende Hypothese zu dem beobachteten starken Radiosignal besagt, dass die supermassereichen Schwarzen Löcher innerhalb des ORC in der Vergangenheit Phasen intensiver Aktivität durchlaufen haben. Die durch diese Aktivität beschleunigten Elektronen könnten durch die laufende Verschmelzung wieder beschleunigt werden und so zu dem beobachteten starken Radiosignal beitragen. „Obwohl das Verschmelzungsszenario die Eigenschaften des Kleeblatt-ORCs auf natürliche Weise erklärt, müssen wir vorsichtig sein, da es sich nur um ein einziges System handelt“, betont Esra Bulbul. „Durch umfassende Beobachtungen über einen weiten Wellenlängenbereich wollen wir auch die Ursachen für andere ORCs entschlüsseln.“

Hinweis
Dieses Projekt wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon 2020“ der Europäischen Union gefördert („grant agreement No 101002585“).

Originalveröffentlichung
E. Bulbul, X. Zhang, M. Kluge et al.
Unraveling the galaxy group merger origin of the Cloverleaf odd radio circle system
A&A, 685, L2 (2024)
dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202449900
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/05/aa49900-24/aa49900-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/05/aa49900-24.pdf

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• Radioastronomie

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 25. Januar 2024.

25. Januar 2024 – Die Reise in das goldene Zeitalter der Radioastronomie wird fortgesetzt mit den Teleskopen des SKA-Observatoriums, die in den kommenden Jahren die größten Radioteleskop-Netzwerke der Erde werden. Das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn hat in den vergangenen Jahrzehnten eine aktive Rolle bei der Entwicklung dieser Teleskope gespielt. Deutschland wird Anfang 2024 zum Vollmitglied des internationalen SKA-Observatoriums – der zwischenstaatlichen Organisation, die derzeit die Teleskope in Australien und Südafrika baut. Um Schlüsseltechnologien mit einzigartigem wissenschaftlichem Nutzen zu entwickeln, hat das MPIfR zusammen mit der OHB Digital Connect GmbH und dem „South African Radio Astronomy Observatory“ das SKA-MPIfR-Teleskop (SKAMPI) gebaut, eine Prototyp-Antenne für das SKA-Mid-Teleskop, für technische Inbetriebnahme und wissenschaftliche Nutzung. Hier berichten wir über erste Resultate („First Light“) und die wissenschaftliche Einsatzbereitschaft von SKAMPI.

Das SKA-MPIfR-Teleskop (SKAMPI) wurde Mitte 2018 am südafrikanischen SKA-Standort in der Karoo-Halbwüste vollständig aufgebaut. Erste Testbeobachtungen fanden im Dezember 2019 statt, und die technische Inbetriebnahme mit Systembewertung, Hochfrequenzstörungstests und Leistungstests dauerte bis Anfang 2022 und führte schließlich zur Veröffentlichung der entsprechenden Systemqualifikationsdokumente im Jahr 2022. Seitdem wurden Entwicklungen vorangetrieben, um eine Möglichkeit für einen ferngesteuerten und robotischen Betrieb von SKAMPI zu schaffen, den Betrieb des Teleskops mit der Frontend- und Backend-Steuerung zu integrieren und die Beobachtungen mit der Datenerfassung und automatischen Kalibrierung abzustimmen.

„SKAMPI verfügt über ein volldigitales Frontend mit zwei Empfangseinheiten, für Beobachtungen im S-Band bei Frequenzen zwischen 1,75 GHz und 3,5 GHz und im Ku-Band zwischen 12,0 GHz und 18,0 GHz“, sagt Gundolf Wieching, Leiter der Technischen Abteilung Elektronik am MPIfR. „Die Empfänger basieren auf dem für die MeerKAT-Teleskope konzipierten S-Band-System des MPIFR. Das Datenerfassungs- und -verarbeitungssystem, das sogenannte „Backend“, ist ein vom MPIfR entwickeltes Hochleistungsrechnersystem, das überwiegend Grafikprozessoren (GPUs) als Beschleunigerkarten für die Berechnung in handelsüblichen Servern nutzt.“ Das Backend-System kann dynamisch angepasst werden, um Beobachtungen zu verschiedenen wissenschaftlichen Fragestellungen wie bei Pulsaren, Spektropolarimetrie-Beobachtungen oder VLBI zu bedienen. Die Größe von SKAMPI mit einer projizierten Apertur von 15 m in Kombination mit einem vor Hochfrequenzstörungen geschützten Standort bietet eine seltene Kombination aus einem großen Sichtfeld und damit einer schnellen Himmelsabdeckung mit hervorragenden Polarisationseigenschaften, um Magnetfelder im Universum zu untersuchen.

„Wir haben mit SKAMPI die ersten Beobachtungen im S-Band bei Frequenzen zwischen 1,75 und 3,5 GHz durchgeführt und die spektralen und Pulsar-Fähigkeiten des Teleskops mit der Abbildung der Radioemission des Südhimmels und dem Nachweis des Vela-Pulsars demonstriert“, sagt Hans-Rainer Klöckner vom MPIfR, der Projektwissenschaftler für SKAMPI.

Die Radiostrahlung des Südhimmels in galaktischen Koordinaten ist in Abbildung 1 (oben links) dargestellt und zeigt die Qualität der Abbildungen mit SKAMPI. Der gesamte Himmel wurde in zwei aufeinanderfolgenden Nächten mit einer Fahrgeschwindigkeit von 2,5 Grad pro Sekunde am Himmel beobachtet. Obwohl die unkalibrierten Messungen noch durch Hochfrequenzstörungen, atmosphärische und systembedingte Schwankungen beeinflusst werden, zeigt das Bild bereits einen Großteil der charakteristischen Radiostrahlung unserer Milchstraße und externer Galaxien wie Centaurus A und verspricht, das Ziel zu erreichen, eine der empfindlichsten Himmelsdurchmusterungen erstellen zu können. „Dieses Bild ist ein wichtiger Schritt bei der Inbetriebnahme des Teleskops und demonstriert die Eignung des Teleskops und unseres Ansatzes für großflächige Kartierungen“, sagt Ferdinand Jünemann vom MPIfR, der die Daten für seine Doktorarbeit nutzt. „Wir haben im Moment noch 40 Mal mehr Beobachtungen zu verarbeiten, um eine erste vollständige Durchmusterung des Südhimmels im S-Band zu ermöglichen.“

Die Fähigkeit von SKAMPI zur Beobachtung von Radiopulsaren – schnell rotierenden Neutronensternen, die während ihrer Drehung intensive und stark gebündelte Radiostrahlung von oberhalb ihrer Magnetpole aussenden – wird mit der Erstbeobachtung des bekannten Vela-Pulsars demonstriert (Abbildung 2). Der Nachweis des Vela-Pulsars entspricht genau den Erwartungen aus der Literatur und setzt ein gutes Vorzeichen für künftige Langzeitstudien von hellen Pulsaren mit SKAMPI.

Die First-Light-Messungen geben einen guten Eindruck von der Datenqualität und den Fähigkeiten des Teleskops und lassen auf einzigartige wissenschaftliche Forschungsergebnisse hoffen. Der volle wissenschaftliche Betrieb wird bereits in diesem Jahr aufgenommen, und zu den speziellen Forschungsprogrammen gehören die Untersuchung der Natur variabler Quellen wie aktiver galaktischer Kerne oder schneller Radiobursts, die Beobachtung starker Pulsare im Hinblick auf Rotations- oder Magnetosphärenereignisse, die Untersuchung des Innenlebens von Strahlungsausbrüchen (Bursts), die mit dem FERMI-Satelliten als Teil eines kleinen VLBI-Teleskoparrays entdeckt wurden, und die Verbesserung unseres Verständnisses des galaktischen Vordergrunds.

Parallel zu den ersten wissenschaftlichen Programmen sind weitere technische Entwicklungen geplant, darunter weiterentwickelte Kalibrierungsstrategien und die Schaffung eines Konzepts, das SKAMPI in ein vollständig robotisches System verwandeln wird. In diesem Rahmen werden betriebliche, mechatronische und datenverarbeitende Informationen kombiniert und die Bewertung des gesamten Signalverarbeitungspfads bis hin zum endgültigen wissenschaftlichen Datenprodukt ermöglicht.

„Für SKAMPI haben wir unser Softwaresystem so erweitert, dass Rechenressourcen, die nicht für die Echtzeit-Signalverarbeitung der aktuellen Beobachtung benötigt werden, von Wissenschaftlern für erste automatisierte Analysen genutzt werden können“, erklärt Tobias Winchen, ebenfalls vom MPIfR. „Die Ergebnisse stehen bereits kurz nach den Beobachtungen zur Verfügung und liefern so ein schnelles Feedback zu den Beobachtungen und der Systemleistung. In Kürze werden wir beginnen, ein vollautomatisches System zu testen, das die Ergebnisse der automatisierten Analysen einbezieht, um dadurch die gesamten Beobachtungen eines wissenschaftlichen Programms zu verwalten.“

Obwohl ein großer Teil der Beobachtungszeit mit SKAMPI umfangreichen internen Wissenschaftsprogrammen gewidmet sein wird, steht das Teleskop für Beobachtungsanfragen südafrikanischer und deutscher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler offen, und es wird auch die Möglichkeit bestehen, ein Bildungsprogramm für Schulen und Universitäten einzurichten.

Weitere Informationen
MeerKAT: Das vom „South African Radio Astronomy Observatory“ (SARAO) gebaute und betriebene MeerKAT ist mit 64 Parabolspiegeln das größte Radioteleskop der südlichen Hemisphäre und eines von zwei SKA-Vorläuferinstrumenten mit Standort Südafrika. Das in der Karoo-Halbwüste gelegene Radioteleskop wird demnächst im Rahmen des von SARAO und der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) in Deutschland gemeinsam finanzierten Projekts „MeerKAT+“ um eine zusätzliche Anzahl von Parabolspiegeln erweitert werden. Das MeerKAT-Teleskop wird später schrittweise in das SKAO-Mid-Teleskop in Südafrika integriert.

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 der Gesellschaft durch globale Zusammenarbeit und Innovation Vorteile zu bringen. Das Observatorium ist weltweit tätig und besteht aus dem SKAO-Hauptquartier im Vereinigten Königreich, den beiden SKAO-Teleskopen an radio-ruhigen Standorten in Südafrika und Australien sowie den dazugehörigen Einrichtungen zur Unterstützung des Teleskopbetriebs. Sobald das SKAO seinen vollen Betrieb erreicht hat, wird es eine einzige globale Sternwarte darstellen, die im Auftrag ihrer Mitgliedstaaten und Partner zwei Teleskope auf drei Kontinenten betreibt.

SKAMPI: Das SKA-MPIfR-Teleskop wurde vom internationalen DISH-Konsortium der SKAO entwickelt, an dem Institutionen in 10 Ländern beteiligt sind, und von CETC54 in China und der OHB Digital Connect GmbH (früher MT-Mechatronics GmbH) hergestellt. Das Projekt wurde vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) und dem South African Radio Observatory (SARAO) realisiert und von der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und SARAO finanziert. Die Leistungsfähigkeit der Antennenstruktur wurde von SARAO und MPIfR überprüft. SKAMPI wird am SARAO-Standort in Südafrika beherbergt. SARAO ist eine Einrichtung der „National Research Foundation“, einer Agentur des südafrikanischen Ministeriums für Wissenschaft und Innovation.

Mehrere der Teilsysteme von SKAMPI, darunter das „Dish Fibre Network“, der „Single Pixel Feed Controller“ und die Helium- und Vakuumdienste, wurden von SARAO entwickelt, geliefert und integriert. SARAO unterstützte die Aktualisierung und den Austausch des Kompressors von Sumoto Heavy Industrues (SHI), bei dem es sich um einen modifizierten Standardkompressor handelte, durch ein Produktionsmodell, den Oxford Cryo System (OCS) Kompressor. SARAO führt selbst keine vollen Wartungsarbeiten an diesem Teleskop durch, unterstützt aber die Kryogenik und die Vakuumsysteme.

Die Fähigkeiten von SKAMPI vermitteln einen Eindruck davon, was mit dem vollständigen SKA-Mid-Teleskop, bestehend aus 133 SKA-Parabolspiegeln und 64 MeerKAT-Parabolspiegeln, einmal möglich sein wird.

Acknowledgement: SKAMPI, das SKA-MPG-Prototypteleskop, ist eine Einrichtung der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und wurde mit Unterstützung des „South African Radio Observatory“ (SARAO) errichtet. Es wird gemeinsam vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) und SARAO betrieben und gewartet. Diese Forschung wurde durch die Unterstützung des MPIfR und SARAO ermöglicht.

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• Radioastronomie
• Square Kilometre Array (SKA)

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Quelle: Universität Hamburg 22. Januar 2024.

22. Januar 2024 – Das Low Frequency Array (LOFAR) ist das weltweit größte Radioteleskop für den Empfang von Radiokurzwellen und Ultrakurzwellen. Die Universität Hamburg betreibt zusammen mit der Universität Bielefeld ein LOFAR-Antennenfeld in Hamburg-Norderstedt, das auch Teil des Exzellenzclusters „Quantum Universe“ ist. Eine neue Trägereinrichtung soll nun für Forschende noch bessere Voraussetzungen schaffen, um tiefergehende Radiobilder des Universums zu erstellen.

Vor zehn Jahren nahm das LOFAR-Radioteleskop seinen Betrieb auf. Heute ist es ein gesamteuropäisches Projekt mit 52 Antennenstationen in acht europäischen Ländern. Das Gemeinschaftsprojekt entwickelte die niederfrequente Radioastronomie grundlegend weiter und führte zu Hunderten von wissenschaftlichen Publikationen. Bisher war LOFAR als eine niederländische Stiftung organisiert, doch aufgrund der europaweiten Bedeutung hat die Europäische Kommission entschieden, dieses nun in eine eigenständige Rechtsform zu überführen: European Research Infrastructure Consortium, ERIC. LOFAR ERIC wurde am 22. Januar 2024 offiziell gegründet.

Bundesrepublik gehört zu den Gründungsmitgliedern
Sechs EU-Länder hatten bei der Europäischen Kommission die Einrichtung von LOFAR ERIC beantragt und sind damit dessen Gründungsmitglieder: Bulgarien, Deutschland, Irland, Italien, die Niederlande und Polen. Die neue Forschungsorganisation kooperiert mit Instituten in Frankreich, Lettland, Schweden und dem Vereinigten Königreich.

Das LOFAR ERIC soll die über Europa verteilte Infrastruktur aufrüsten und der Astronomie hochmoderne Beobachtungs- und Datenverarbeitungssysteme bereitstellen. Schon jetzt bietet das Teleskop ein riesiges Himmelssichtfeld, beispiellose Empfindlichkeit und Bildauflösung sowie die neuartige Möglichkeit, gleichzeitig volldigital ohne bewegliche Teile in mehrere Richtungen zu beobachten.

Einblicke in Frühzeit des Universums wie auch in das Weltraumwetter
Die neue LOFAR-Trägereinrichtung soll Forschende befähigen, groß angelegte innovative Untersuchungen durchzuführen. Dazu gehören die Erforschung der Frühphase des Universums sowie der Entstehung und Entwicklung von Galaxien, Galaxienhaufen und schwarzen Löchern. Weitere Forschungsthemen sind die Beschaffenheit kosmischer Teilchen mit ultrahoher Energie, die Bedingungen im interstellaren Raum und die Struktur der kosmischen Magnetfelder. Darüber hinaus erlaubt das Radioteleskop einzigartige wissenschaftliche Erkenntnisse zu gesellschaftlich bedeutsamen Themen, von Blitzen über ionosphärische Störungen bis hin zum Weltraumwetter.

Halbes Jahrzehnt Vorarbeit für die europäische Forschungsorganisation
„Das LOFAR ERIC als Fenster zum Universum ist nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für die europäische Forschungspolitik von großer Bedeutung“, sagt Prof. Dr. Marcus Brüggen vom Fachbereich Physik der Universität Hamburg, der mit LOFAR den Ursprung kosmischer Magnetfelder untersucht und an der Einrichtung der neuen Forschungsorganisation mitgewirkt hat. „An der Hamburger Sternwarte haben wir neuartige Techniken für LOFAR entwickelt, mit denen wir den Himmel bei den allerniedrigsten Radiofrequenzen kartieren können – auch mit Methoden der künstlichen Intelligenz.“

Dr. René Vermeulen vom Niederländischen Institut für Radioastronomie ist Gründungsdirektor von LOFAR ERIC. „Die Gründung festigt Europas weltweite Spitzenposition in diesem wichtigen Forschungsbereich“, sagt der Astrophysiker. „Mit seiner konkurrenzlosen Forschungsinfrastruktur und seiner starken europaweiten Partnerschaft wird das LOFAR ERIC dem europäischen Forschungsraum als ein Leistungszentrum an der Spitze der astronomischen Wissenschaft und Technologie beitreten, das das Potenzial hat, zu den komplexesten Herausforderungen beizutragen.“

Als eine auf Dauer angelegte Forschungsorganisation bietet das LOFAR ERIC der europäischen und weltweiten Gemeinschaft künftig einen zuverlässigen Zugang zu zahlreichen wissenschaftlichen Forschungsservices. Ihre umfangreichen wissenschaftlichen Daten stellt sie über ein öffentlich zugängliches Archiv bereit.

Weitere Informationen:

• Website von LOFAR ERIC
• „LOFAR – ein neues Fenster in das Radiouniversum“ (Webseite des Bundesministeriums für Bildung und Forschung)
• „Neue Himmelskarte eröffnet Sicht auf 4,4 Millionen Galaxien“ (Pressemitteilung vom 25.02.2022)

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• Radioteleskop LOFAR

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 20. Dezember 2023.

20. Dezember 2023 – Tausende Delegierte von Mitgliedstaaten der Internationalen Fernmeldeunion und Vertreter von Industrie und Wissenschaft trafen sich vier Wochen lang in Dubai. Bei der Weltfunkkonferenz wurden wichtige Weichen für neue Funkanwendungen gestellt. Auch der Schutz der Radioastronomie, insbesondere vor den Auswirkungen von neuen Satellitenkonstellationen, stand im Fokus. Radioastronomen, auch vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, sind seit vielen Jahren im Spektrum Management aktiv. Sie plädieren für eine Aktualisierung von Regeln und Prozessen bei der Internationalen Fernmeldeunion, um mit der geänderten Situation Schritt zu halten. Bis zur nächsten Funkkonferenz im Jahr 2027 sollen nun Studien durchgeführt werden. Das Ziel: verbesserte technische oder regulatorische Maßnahmen identifizieren, damit die Geheimnisse des Universums auch in Zukunft ergründet werden können.

„In Anbetracht der Tatsache, dass die Radioastronomie eine zentrale wissenschaftliche Disziplin ist, die eine entscheidende Rolle bei der Entschlüsselung der Geheimnisse des Kosmos spielt“ – mit diesen Worten beginnt eine neue Resolution der Internationalen Fernmeldeunion (ITU), welche vergangen Freitag bei der Weltfunkkonferenz in Dubai verabschiedet wurde. „Damit wird nun endlich ein Problem angegangen, welches die Radioastronomie durch die extrem gestiegene Zahl von Satelliten im erdnahen Weltraum bekommen hat“, sagt Benjamin Winkel vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR). Er und seine Kollegen arbeiten seit Jahren daran, dass die Regeln und Prozesse bei der Fernmeldeunion aktualisiert werden, um mit der geänderten Situation Schritt zu halten.

Weltfunkkonferenzen finden alle 3 bis 4 Jahre statt. Tausende Delegierte von Staaten, insbesondere der Telekommunikationsbehörden (in Deutschland: Bundesnetzagentur), sowie anderen Interessengruppen aus Industrie, Wirtschaft und Wissenschaft treffen sich 4 Wochen, um an den sogenannten Radio Regulierungen zu arbeiten. Das ist ein internationales Vertragswerk, welches das reibungslose Zusammenspiel aller Funkdienste regeln soll. Wenn beispielsweise neue Mobilfunkfrequenzen nutzbar gemacht werden sollen, dann müssen vorher Dutzende technische Studien angefertigt werden, damit geprüft werden kann, dass existierende Anwendungen nicht gestört werden. Die Frequenzen, die von der Natur “zur Verfügung” gestellt werden – das Radiospektrum – sind bereits alle restlos in Benutzung. Auch für die Radioastronomie wurden bestimmte Frequenzbereiche reserviert, um besonders wichtige Beobachtungsprojekte zu schützen. „Für die moderne Radioastronomie sind diese Frequenzen allerdings viel zu wenig“, berichtet Gyula Józsa, ebenfalls MPIfR.„Schon vor über 50 Jahren wusste man um das Problem der Auswirkung von menschengemachten Störungen auf die empfindlichen radioastronomischen Empfänger. Das war tatsächlich auch der Grund, warum das 100-m-Radioteleskop, welches vom MPIfR betrieben wird, in einem Tal in der Eifel gebaut wurde und nicht mitten in der Stadt Bonn. Dort ist es vergleichsweise gut abgeschirmt.“ Den neuen Satellitensystemen, wie etwa SpaceX/Starlink, OneWeb oder Amazon/Kuiper, entkommt man so natürlich nicht. Das Ziel der Unternehmen ist ja gerade, dass man überall auf der Erde einen Internetzugang bekommen soll.

Aus europäischer Sicht betrifft dies insbesondere auch die beiden internationalen Leuchtturmprojekte, ALMA (mit Teleskopen in Chile) und SKAO (mit Teleskopen in Südafrika & Australien). Astronomische Institute und Organisationen weltweit investieren Milliarden in diese Observatorien. Für Südafrika und Chile haben diese Unternehmungen aber auch einen ganz besonderen entwicklungspolitischen Stellenwert. Sie sind Infrastrukturmaßnahmen, Bildungsstätten und Orte internationaler Zusammenarbeit in einem. Dass ausgerechnet diese Projekte nun gefährdet sein sollen, möchte Busang Sethole vom South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) auf keinen Fall geschehen lassen. „Wenn ich über unsere gemeinsamen Bemühungen nachdenke, erkenne ich Raum für Verbesserungen. Die Entwicklungsländer haben erst nach der GE06-Konferenz begonnen, sich an der ITU zu beteiligen, was in krassem Gegensatz zu dem institutionellen Wissen steht, das die Industrieländer in 156 Jahren angesammelt haben. Dieser Erfahrungsschatz sollte idealerweise die Bedürfnisse der Entwicklungsländer fördern und nicht behindern“, sagte Sethole während der Konferenz.

Dass die Bedürfnisse der Astronomen auf der Weltfunkkonferenz überhaupt behandelt wurden, war nur möglich, weil im Vorfeld der Konferenz zwei wichtige Regionalorganisationen das Thema zur Chefsache erklärt hatten. Zum einen die „European Conference of Postal and Telecommunication Administrations“ (CEPT), welche die ohnehin schon existierenden Schutzkriterien für die Radioastronomie besser durchgesetzt sehen möchte. Zum anderen die „African Telecommunications Union“ (ATU), welche das Thema von speziellen radio-beruhigten Zonen aufs internationale Parkett gebracht hat. Bei diesen Zonen handelt es sich um Gebiete, in denen terrestrische Funkanlagen in der Nähe der Observatorien eingeschränkt werden, um bessere Beobachtungsbedingungen zu schaffen. Diese sind allerdings rein nationale regulatorische Eingriffe und können nicht auf Satellitensysteme Einfluss nehmen, die internationalen Regeln unterworfen sind.

Die Weltfunkkonferenz in Dubai hat entschieden, beide Vorschläge zusammenzufassen und die Mitgliedstaaten aufgefordert, bis zur nächsten Konferenz im Jahr 2027 mögliche technische und regulatorische Lösungsansätze zu erarbeiten. „Dies ist noch ein ordentliches Stück Arbeit für die beteiligten Radioastronomen“, sagt Gyula Józsa, der in Dubai die Arbeitsgruppe zu diesem Thema geleitet hatte. Benjamin Winkel ergänzt: „Wir sind dennoch sehr zuversichtlich, denn mit unserer europäischen Spektrummanagement-Organisation, CRAF, und den Kollegen vom SKAO haben wir bereits viele notwendige Vorarbeiten geleistet.“

Weitere Informationen:
Das Committee on Radio Astronomy Frequencies (CRAF) des Europäischen Forschungsrats koordiniert im Namen der europäischen Radioastronomen die Aktivitäten zur Freihaltung der von der Radioastronomie und den Weltraumwissenschaften genutzten Frequenzbänder von Störungen. Die Radioastronomie spielt eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung unseres Verständnisses der Umwelt und des Universums, in dem wir leben. Da es sich um einen passiven Dienst handelt, verursacht die Radioastronomie keine Interferenzen mit anderen Funknutzern; es wird jedoch immer schwieriger, ihren Betrieb vor Funkstörungen zu schützen, da die Nutzung des Frequenzspektrums sowohl für die terrestrische als auch für die weltraumgestützte Kommunikation zunimmt.

Das Square Kilometre Array Observatory (SKAO) wird Radioteleskope an zwei Standorten in Südafrika und Australien betreiben. Es basiert auf einer erfolgreichen internationalen Zusammenarbeit, die brillantes Know-how aus 16 Ländern, darunter auch Deutschland, vereint, mit dem Ziel, herausragende Wissenschaft zu betreiben und neue Durchbrüche in der Forschung zu erzielen. Davon profitiert nicht nur die Wissenschaft, sondern auch die Gesellschaft. Die Astronomie ist ein wichtiger Motor für neue technologische Lösungen – insbesondere in den Bereichen Maschinenbau, Optik, Feinmechanik und Informatik. Somit setzt die Astronomie auch neue Akzente in der Ausbildung von MINT-Fachkräften. Mit Standorten in Südafrika und Australien und dem Hauptsitz im Vereinigten Königreich gehören der SKAO bisher auch China, Italien, die Niederlande, Portugal, Spanien und die Schweiz als Vollmitglieder sowie Frankreich, Deutschland, Indien, Japan, Kanada, Südkorea und Schweden als Beobachter an.

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, eine Partnerschaft zwischen der Europäischen Südsternwarte (ESO), der U.S. National Science Foundation (NSF) und den National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Japan in Zusammenarbeit mit der Republik Chile. ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem National Research Council of Canada (NRC) und dem Ministry of Science and Technology (MOST) und vom NINS in Zusammenarbeit mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan und dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) finanziert. Bau und Betrieb von ALMA werden von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten, vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das von Associated Universities, Inc. (AUI) verwaltet wird, im Namen Nordamerikas und vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) im Namen Ostasiens geleitet. Das Joint ALMA Observatory (JAO) übernimmt die einheitliche Leitung und das Management von Bau, Inbetriebnahme und Betrieb von ALMA.

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• Radioastronomie
• Beeinträchtigung von astronomischen Teleskopen durch Megakonstellationen

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 26. Oktober 2023.

26. Oktober 2023 – Mit Hilfe eines Verbunds von Radioteleskopen auf der Erde und im Weltraum haben Astronomen das bisher detaillierteste Bild eines Plasma-Jets aufgenommen, der aus der direkten Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen einer weit entfernten Galaxie herausschießt. Der Teilchenstrahl aus dem Zentrum eines fernen Blazars mit der Bezeichnung 3C 279 bewegt sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit und zeigt in der Nähe seines Ursprungs komplexe, in sich verdrehte Muster. Diese Muster stellen die seit 40 Jahren etablierte Theorie in Frage, die verwendet wird, um zu erklären, wie diese Jets entstehen und wie sie sich mit der Zeit verändern. Ein wesentlicher Beitrag zu den Beobachtungen kommt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, wo die Daten aller beteiligten Teleskope zu einem virtuellen Teleskop mit einem effektiven Durchmesser von etwa 100.000 Kilometern kombiniert wurden.

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

Blazare gehören zu den hellsten und stärksten Quellen elektromagnetischer Strahlung im Kosmos. Sie sind eine Unterklasse aktiver galaktischer Kerne, zu denen Galaxien mit einem zentralen supermassereichen Schwarzen Loch gehören, das Materie aus einer umgebenden Scheibe akkretiert: den Quasaren. Etwa 10 % der aktiven galaktischen Kerne, die als Quasare klassifiziert werden, erzeugen relativistische Plasmajets. Blazare gehören zu einem kleinen Teil der Quasare, bei denen wir diese Jets fast direkt auf den Beobachter gerichtet sehen können. Kürzlich hat ein Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn den innersten Bereich des Jets im Blazar 3C 279 mit einer noch nie dagewesenen Winkelauflösung abgebildet und dabei bemerkenswert regelmäßige Filamente entdeckt, die eine Korrektur der bisher verwendeten theoretischen Modelle erforderlich machen könnten, die erklären, durch welche Prozesse die Jets in aktiven Galaxien erzeugt werden.

„Dank der Weltraummission RadioAstron, bei der das Radioteleskop in der Erdumlaufbahn Entfernungen bis zum Mond erreichte, in Verbindung mit einem Netzwerk von dreiundzwanzig über die Erde verteilten Radioteleskopen haben wir das bisher höchstaufgelöste Bild vom Inneren eines Blazars erhalten, das es uns ermöglicht, die innere Struktur des Jets zum ersten Mal so detailliert zu beobachten“, erklärt Antonio Fuentes, ein Forscher am Institut für Astrophysik von Andalusien (IAA-CSIC) in Granada, Spanien, der die Arbeit leitete.

Das neue Fenster zum Universum, das die RadioAstron-Mission geöffnet hat, hat neue Details im Plasmajet von 3C 279 enthüllt, einem Blazar mit einem supermassereichen Schwarzen Loch in seinem Kern. Der Jet besteht aus mindestens zwei miteinander verdrillten Plasmasträngen, die sich über mehr als 570 Lichtjahre vom zentralen Schwarzen Loch aus ins All erstrecken. „Das ist das erste Mal, dass wir solche Filamente so nahe am Ursprung des Jets gesehen haben, und sie verraten uns mehr darüber, wie das Schwarze Loch das Plasma formt. Der innere Jet wurde auch von zwei anderen Teleskopnetzwerken, dem Global mm-VLBI Array und dem Event-Horizon-Teleskop, bei viel kürzeren Wellenlängen (3,5 mm bzw. 1,3 mm) beobachtet, aber sie waren nicht in der Lage, die filamentartigen Formen zu erkennen, weil sie zu schwach in der Strahlung und zu ausgedehnt für diese Auflösung waren“, sagt Eduardo Ros, Mitglied des Forschungsteams und europäischer Planer für das GMVA. „Dies zeigt, wie verschiedene Teleskope unterschiedliche Merkmale desselben Objekts aufdecken können“, fügt er hinzu.

Die Plasmastrahlen, die von Blazaren ausgehen, sind nicht wirklich geradlinig und gleichmäßig. Sie weisen Drehungen und Wendungen auf, die zeigen, wie das Plasma durch die Kräfte um das Schwarze Loch herum beeinflusst wird. Die Astronomen, die diese Drehungen in 3C 279 untersuchten, fanden heraus, dass sie durch Instabilitäten verursacht werden, die sich im Plasma-Jet entwickeln. Dabei stellten sie auch fest, dass die bisherige Theorie, um zu erklären, wie sich die Jets im Laufe der Zeit verändern, nicht mehr funktioniert. Daher werden neue theoretische Modelle benötigt, die zeigen, wie sich helixförmige Filamente so nahe am Ursprung des Jets bilden und entwickeln können. Dies ist eine große Herausforderung, aber auch eine große Chance, mehr über diese erstaunlichen kosmischen Phänomene zu erfahren.

„Ein besonders faszinierender Aspekt unserer Ergebnisse ist, dass sie auf das Vorhandensein eines spiralförmigen Magnetfeldes hindeuten, das den Jet einschließt“, sagt Guang-Yao Zhao, derzeit am MPIfR tätig und Mitglied des Wissenschaftlerteams. „Es könnte also das Magnetfeld sein, das sich im Uhrzeigersinn um den Jet in 3C 279 dreht, mit dem das Plasma des Jets, das sich mit 0,997-facher Lichtgeschwindigkeit bewegt, gelenkt und geleitet wird.“

„Ähnliche spiralförmige Filamente wurden schon früher in extragalaktischen Jets beobachtet, allerdings auf viel größerer Skala, wo man annimmt, dass sie aus verschiedenen Teilen der Strömung resultieren, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen und gegeneinander scheren“, fügt Andrei Lobanov, ein weiterer MPIfR-Wissenschaftler im Team, hinzu. „Mit dieser Studie betreten wir ein völlig neues Terrain, in dem diese Filamente tatsächlich mit den kompliziertesten Prozessen in der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs, das den Jet erzeugt, in Verbindung gebracht werden können.“

Die Untersuchung des zentralen Jets in 3C 279, die jetzt in der aktuellen Ausgabe von „Nature Astronomy“ vorgestellt wird, erweitert die laufenden Bemühungen um ein besseres Verständnis der Rolle von Magnetfeldern bei der ursprünglichen Bildung relativistischer Ausströmungen aus aktiven galaktischen Kernen. Sie unterstreicht die zahlreichen verbleibenden Herausforderungen für die theoretische Modellierung dieser Prozesse und zeigt die Notwendigkeit einer weiteren Verbesserung der radioastronomischen Instrumente und Techniken, die die einzigartige Möglichkeit bieten, entfernte kosmische Objekte mit einer Rekord-Winkelauflösung abzubilden

Mit Hilfe einer speziellen Technik, der so genannten Very Long Baseline Interferometry (VLBI), wird ein virtuelles Teleskop mit einem effektiven Durchmesser, der dem maximalen Abstand zwischen den an einer Beobachtung beteiligten Antennen entspricht, durch die Kombination und Korrelation von Daten aus verschiedenen Radioobservatorien erstellt. Der Projektwissenschaftler von RadioAstron, Yuri Kovalev, der jetzt am MPIfR arbeitet, betont, wie wichtig eine gute internationale Zusammenarbeit ist, um solche Ergebnisse zu erzielen: „Observatorien aus zwölf Ländern wurden mit Hilfe von Atomuhren mit der Weltraumantenne synchronisiert und bilden so ein virtuelles Teleskop in der Größe des Abstands zum Mond.“

Anton Zensus, Direktor am MPIfR und eine der treibenden Kräfte hinter der RadioAstron-Mission während der letzten zwei Jahrzehnte, sagt dazu: „Die Experimente mit RADIOASTRON, die zu Bildern wie diesen vom Quasar 3C 279 geführt haben, sind außergewöhnliche Leistungen, die durch die internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit von Observatorien und Wissenschaftlern in vielen Ländern möglich wurden. Die Mission wurde jahrzehntelang gemeinsam geplant, bevor der Satellit gestartet wurde. Die eigentlichen Bilder wurden durch die Verbindung von Großteleskopen am Boden wie Effelsberg und durch eine sorgfältige Analyse der Daten in unserem VLBI-Korrelationszentrum in Bonn möglich.“

Weitere Informationen
Die Weltraum-Interferometer-Mission RadioAstron, die von Juli 2011 bis Mai 2019 aktiv war, bestand aus einem 10-Meter-Radioteleskop in einer Umlaufbahn um die Erde (Spektr-R), ergänzt durch etwa zwei Dutzend der weltweit größten bodengebundenen Radioteleskope, darunter das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg. Wenn die Signale der einzelnen Teleskope durch die Interferenz von Radiowellen kombiniert werden, bietet eine solche Anordnung von Teleskopen eine maximale Winkelauflösung, die der eines Radioteleskops mit einem Durchmesser von 350.000 km entspricht – fast die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit war RadioAstron das Instrument mit der höchsten Winkelauflösung in der Geschichte der Astronomie. Das RadioAstron-Projekt wurde vom Astro Space Center des Physikalischen Instituts Lebedew der Russischen Akademie der Wissenschaften und der Lavochkin Scientific and Production Association im Rahmen eines Vertrags mit der staatlichen Raumfahrtgesellschaft ROSCOSMOS in Zusammenarbeit mit Partnerorganisationen in Russland und anderen Ländern durchgeführt. Die astronomischen Daten dieser Mission werden von einzelnen Wissenschaftlern auf der ganzen Welt ausgewertet und führen zu Ergebnissen wie den hier vorgestellten.

Folgende Mitarbeiter des Forscherteams sind mit dem MPIfR affiliiert, in der Reihenfolge ihres Erscheinens auf der Autorenliste: Guang-Yao Zhao, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Efthalia (Thalia) Traianou, Jae-Young Kim, Eduardo Ros, und Tuomas Savolainen. Rocco Lico und Gabriele Bruni waren während der RadioAstron-Mission ebenfalls mit dem MPIfR affiliiert.

Yuri Y. Kovalev dankt für den Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung.

Originalveröffentlichung
The filamentary internal structure of the 3C 279 blazar jet
Antonio Fuentes et al., in: Nature Astronomy (26. Oktober 2023).
DOI: 10.1038/s41550-023-02105-7
https://www.nature.com/articles/s41550-023-02105-7

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• Schwarze Löcher

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Quelle: ESON 19. Oktober 2023.

19. Oktober 2023 – Die Quelle wurde mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in einer Galaxie lokalisiert, die so weit entfernt ist, dass ihr Licht acht Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. Der Radioblitz ist auch einer der energiereichsten, die je beobachtet wurden; in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde gab er die äquivalente Energiemenge von 30 Jahren der Gesamtemission unserer Sonne frei.

Die Entdeckung des Ausbruchs, genannt FRB 20220610A, wurde im Juni des letzten Jahres vom ASKAP-Radioteleskop in Australien gemacht [1] und übertraf den bisherigen Distanzrekord des Teams um 50 Prozent.

„Mit dem ASKAP-Antennenfeld konnten wir genau bestimmen, woher der Ausbruch kam“, erläutert Stuart Ryder, Astronom von der Macquarie University in Australien und einer der Hauptautoren der heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie. „Dann haben wir [mit dem VLT der ESO] in Chile nach der Quellgalaxie gesucht [2] und haben festgestellt, dass sie älter und weiter entfernt ist als jede andere bisher gefundene Radioblitz-Quelle und wahrscheinlich innerhalb einer kleinen Gruppe verschmelzender Galaxien liegt.“

Die Entdeckung bestätigt, dass schnelle Radioblitze dazu verwendet werden können, die „fehlende“ Materie zwischen Galaxien zu messen und somit eine neue Möglichkeit bieten, das Universum zu „wiegen“.

Aktuelle Methoden zur Schätzung der Masse des Universums liefern widersprüchliche Antworten und stellen das Standardmodell der Kosmologie infrage. „Wenn wir die Menge an normaler Materie im Universum zählen – den Atomen, aus denen wir alle bestehen – stellen wir fest, dass mehr als die Hälfte von dem, was heute vorhanden sein sollte, fehlt“, sagt Ryan Shannon, Professor an der Swinburne University of Technology in Australien, der die Studie ebenfalls leitete. „Wir vermuten, dass sich die fehlende Materie im Raum zwischen den Galaxien verbirgt, aber sie ist vielleicht so heiß und diffus, dass sie mit üblichen Techniken nicht sichtbar ist.“

„Schnelle Radioblitze erkennen dieses ionisierte Material. Selbst in einem nahezu perfekt leeren Raum können sie alle Elektronen sehen, und das ermöglicht es uns, zu messen, wie viel Materie zwischen den Galaxien ist“, erklärt Shannon.

Das Auffinden entfernter schneller Radioblitze ist entscheidend für die genaue Messung der fehlenden Materie des Universums, wie der verstorbene australische Astronom Jean-Pierre (J-P) Macquart 2020 nachgewiesen hat. „J-P hat gezeigt, dass je weiter ein schneller Radioblitz entfernt ist, desto mehr diffuse Gase er zwischen den Galaxien nachweisen kann. Dies wird jetzt als Macquart-Beziehung bezeichnet. Einige kürzlich aufgetretene schnelle Radioblitze schienen diese Beziehung zu brechen. Unsere Messungen bestätigen, dass die Macquart-Beziehung bis über die Hälfte des bekannten Universums hinausreicht“, erläutert Ryder.

„Während wir immer noch nicht wissen, was diese massiven Ausbrüche von Energie verursacht, bestätigt die Studie, dass schnelle Radioblitze häufige Ereignisse im Kosmos sind und dass wir sie verwenden können, um Materie zwischen Galaxien zu erkennen und die Struktur des Universums besser zu verstehen“, ergänzt Shannon.

Das Ergebnis stellt die Grenze dessen dar, was heute mit Teleskopen erreicht werden kann, obwohl Astronomen in Kürze über Mittel verfügen werden, um noch ältere und fernere Ausbrüche zu erkennen, ihre Quellgalaxien zu bestimmen und die fehlende Materie des Universums zu messen. Das internationale Square Kilometre Array Observatory baut derzeit zwei Radioteleskope in Südafrika und Australien, die Tausende von schnellen Radioblitzen auspüren können, einschließlich sehr entfernter, für die aktuelle Einrichtungen blind sind. Das Extremely Large Telescope der ESO, ein 39-Meter-Teleskop im Bau in der chilenischen Atacama-Wüste, wird eines der wenigen Teleskope sein, das in der Lage ist, die Quellgalaxien von Ausbrüchen noch weiter entfernt als FRB 20220610A zu studieren.

Endnoten
[1] Das ASKAP-Teleskop gehört der CSIRO, der nationalen Wissenschaftsagentur Australiens, und wird von ihr auf dem Land der Wajarri Yamaji in Westaustralien betrieben.

Weitere Informationen
Diese Forschungsarbeit wurde in einem Artikel mit dem Titel „A luminous fast radio burst that probes the Universe at redshift 1“ vorgestellt, der in Science erscheinen wird.

Das Team besteht aus S. D. Ryder (Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Macquarie University, Australien [SMPS]; Forschungszentrum für Astrophysik und Raumtechnologien, Macquarie University, Sydney, Australien [ASTRC]), K. W. Bannister (Nationale Einrichtung für Teleskope in Australien, Organisation für Wissenschaft und Industrieforschung, Weltraum und Astronomie, Australien [CSIRO]), S. Bhandari (Niederländisches Institut für Radioteleskopie, Niederlande; Gemeinsames Institut für Very Long Baseline Interferometry in Europa, Niederlande), A. T. Deller (Zentrum für Astrophysik und Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australien [CAS]), R. D. Ekers (CSIRO; Internationales Zentrum für Radioastronomie-Forschung, Curtin Institute of Radio Astronomy, Curtin University, Australien [ICRAR]), M. Glowacki (ICRAR), A. C. Gordon (Zentrum für interdisziplinäre Erforschung und Astrophysik, Northwestern University, USA [CIERA]), K. Gourdji (CAS), C. W. James (ICRAR), C. D. Kilpatrick (CIERA; Abteilung für Physik und Astronomie, Northwestern University, USA), W. Lu (Abteilung für Astronomie, University of California, Berkeley, USA; Theoretical Astrophysics Center, University of California, Berkeley, USA), L. Marnoch (SMPS; ASTRC; CSIRO; Australisches Forschungsrat-Zentrum für allumfassende Astrophysik in 3 Dimensionen, Australien), V. A. Moss (CSIRO), J. X. Prochaska (Abteilung für Astronomie und Astrophysik, University of California, Santa Cruz, USA [Santa Cruz]; Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums, Japan), H. Qiu (SKA Observatory, Jodrell Bank, Vereinigtes Königreich), E. M. Sadler (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, University of Sydney, Australien; CSIRO), S. Simha (Santa Cruz), M. W. Sammons (ICRAR), D. R. Scott (ICRAR), N. Tejos (Institut für Physik, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile) und R. M. Shannon (CAS).

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Fachartikel
pdf: https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2317a.pdf

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• ESO

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 17. Oktober 2023.

17. Oktober 2023 – Das Ergebnis wurde durch eine ausgeklügelte Analyse von radioastronomischen Beobachtungen des Materiestroms um einen jungen Stern in der Dunkelwolke CB26 erzielt. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Beobachtungen von Ralf Launhardt, einem Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Astronomie, und seinen Kollegen haben einen wichtigen Teil des Standardszenarios für die Entstehung neuer Sterne bestätigt: einen Mechanismus, der es Gaswolken erlaubt zu kollabieren (und so einen neuen Stern hervorzubringen), ohne dabei von ihrer eigenen Rotation zerrissen zu werden.

Neue Sterne entstehen, wenn Gas in einer kosmischen Wasserstoffwolke unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert und die Gastemperatur dabei gehörig ansteigt. Ab einer bestimmten Dichte- und Temperaturschwelle setzt Kernfusion ein, bei der Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen. Dann ist ein neuer Stern entstanden. Zum Leuchten gebracht wird er durch die Energie, die bei der Kernfusion freigesetzt wird. Allerdings gibt es dabei eine Komplikation. Keine Gaswolke im Kosmos ist vollkommen unbewegt – alle Wolken rotieren zumindest ein wenig. Zieht sich das Gas zusammen, wird diese Rotation immer schneller. Physiker nennen dies „Drehimpulserhaltung“. Außerhalb der Astronomie kennt man das z.B. vom Eiskunstlauf: Eine Eiskunstläuferin, die eine Pirouette drehen möchte, beginnt eine langsame Drehung, bei der beide Arme und ein Bein vom Körper weggestreckt sind. Zieht sie anschließend Arme und Beine nahe an den Körper, erhöht sich die Drehgeschwindigkeit beträchtlich.

Ein Problem und seine (mögliche) Lösung
Für die Sternentstehung ist das potenziell ein Problem. Schnelle Rotation erzeugt Zentrifugalkräfte, die Materie von der Drehachse wegschleudern. Bei einem Kettenkarussel ist das gewollt: Dreht sich das Karussell, werden die an Ketten befestigten Sitze der Mitfahrenden nach außen geschleudert. Für einen Protostern hingegen könnten die Fliehkräfte fatal sein: Wird genügend viel Material herausgeschleudert, während die Wolke kollabiert und ihre Drehung dadurch immer weiter beschleunigt, bleibt möglicherweise nicht mehr genug übrig, um überhaupt einen Protostern entstehen zu lassen!

Dies wird als „Drehimpulsproblem“ der Sternentstehung bezeichnet. Eine theoretische Lösung für zumindest einen großen Teil des Problems wurde in den 1980er Jahren gefunden. Fällt zusätzliche Materie auf den entstehenden zentralen Protostern, bildet sie eine so genannte Akkretionsscheibe: eine flache, rotierende Scheibe aus Gas und Staub, deren Materie schließlich auf den Protostern im Zentrum fällt. Die Physik von Akkretionsscheiben ist dabei ziemlich kompliziert: Ein Teil des Gases in der Scheibe wird zu Plasma, in dem sich Wasserstoffatome in jeweils ein Elektron und ein Proton aufspalten. Wird das Plasma in der Scheibe herumgewirbelt, erzeugt es ein Magnetfeld. Dieses Feld wiederum beeinflusst den Plasmastrom: Ein kleiner Teil des Plasmas driftet entlang der Magnetfeldlinien ab. Immer wieder stoßen die abdriftenden Plasmateilchen dabei mit (elektrisch neutralen) Molekülen zusammen und reißen so einen Teil des molekularen Gases mit. Jene wegfliegenden Moleküle bilden einen „Scheibenwind“, welcher der Scheibe erhebliche Mengen an Drehimpuls entziehen kann. Der Verlust des Drehimpulses wiederum verlangsamt die Rotation, verringert die Zentrifugalkräfte und könnte so das Drehimpulsproblem des Protosterns lösen.

Von der Hypothese zur Beobachtung
Zunächst war dieses Szenario nicht mehr als eine plausible Hypothese. Akkretionsscheiben sind vergleichsweise kleine Strukturen. Selbst für die erdnächsten Sterne waren die Beobachtungsmethoden lange Zeit nicht gut genug, um sie zu untersuchen. Deshalb dauerte es mehr als 20 Jahre, bis Astronomen erste Belege für die Richtigkeit der Hypothese fanden: Im Jahr 2009 konnten Ralf Launhardt und Kollegen am Max-Planck-Institut für Astronomie solche Ausflüsse in der Nähe jungen Sterns in einer kleinen Wasserstoffwolke mit der Bezeichnung CB26 beobachten. Mit einer Entfernung von weniger als 460 Lichtjahren von der Erde ist CB26 eines der nächsten bekannten Scheibensysteme um einen Protostern.

Die fraglichen Beobachtungen werden mit Radioteleskopen durchgeführt, die bei Millimeterwellenlängen arbeiten, in diesem Fall am Observatorium Plateau de Bure Interferometer. Die Signale mehrerer Antennen werden dabei auf geschickte Weise so kombiniert, dass sie wie eine einzige, deutlich größere Radioantenne wirken. Radioteleskope dieser Art können Strahlung nachweisen, die für verschiedene Arten von Molekülen – hier konkret Kohlenmonoxid (CO) ­– charakteristisch ist. Bewegen sich Moleküle auf die Antenne zu oder von ihr weg, verschiebt sich diese charakteristische Strahlung zu etwas längeren oder kürzeren Wellenlängen („Dopplereffekt“). Das ermöglicht es Astronomen*innen, die Gasbewegung entlang der Sichtlinie zu erfassen.

Die Beobachtungen von 2009 zeigten, dass der Gasausfluss des jungen Sterns tatsächlich in einer Weise in Bewegung war, wie man es von einem rotierenden Scheibenwind erwarten würde, der Drehimpuls abgibt. Sie konnten jedoch keine ausreichend feinen Details liefern, um ein Urteil über den Abstand vom Stern zu ermöglichen, in dem der Wind von der Scheibe ausgeht. Dieser Abstand bestimmt (Hebelwirkung!), wieviel Drehimpuls der Gasfluss abtransportieren kann.

Rotierende Scheibenwinde beobachten
Die neuen Ergebnisse, die jetzt veröffentlicht wurden, liefern endlich die Bestätigung. Dafür haben Launhardt und Kolleg*innen Beobachtungen mit deutlich höherer Winkelauflösung durchgeführt als zuvor. Sie verwendeten eine Konfiguration des Plateau de Bure-Observatoriums, bei der die Radioantennen weiter voneinander entfernt waren als bei ihren ersten Beobachtungen. Außerdem brachten sie ein ausgeklügeltes physikalisch-chemisches Modell der Scheibe ins Spiel, das es ihnen ermöglichte, in ihren Beobachtungen zwischen den Beiträgen der Scheibe und den Beiträgen des Scheibenwindes zu unterscheiden. Damit gelang es erstmals, die Dimensionen des kegelförmigen Ausflusses direkt aus den rekonstruierten Bildern zu bestimmen. Vorangehende Forschungen hatten diese Dimensionen lediglich unter Zuhilfenahme eines theoretischen Modells indirekt erschließen können, da die Startregion der Winde in den betreffenden Beobachtungen nie direkt abgebildet werden konnte. In der Nähe der Scheibe hat das untere Ende des Kegels einen Radius von etwa dem 1,5-fachen der Erde-Neptun-Entfernung – mehr als genug für den Scheibenwind, um eine Menge Drehimpuls mitzunehmen!

Damit steht fest: Scheibenwinde können tatsächlich den größten Teil des Drehimpulsproblems bei Protosternen lösen. Zum Vergleich zogen die Forscher*innen noch die indirekten Ergebnisse zur Scheibenrotation in neun anderen jungen Stern-Scheiben-Systemen heran, die seit ihrem 2009er-Artikel veröffentlicht worden waren. Dieser Vergleich zeigte einen deutlichen Trend: Im Laufe der Zeit wächst der durchschnittliche Radius des Scheibenbereichs, von dem aus der Scheibenwind ausströmt. Während der ersten Zehntausende von Jahren, gibt es hoch konzentrierte Scheibenwinde, während die Scheibenwinde nach etwa einer Million Jahren ungleich diffuser sind.

Nächste Schritte
Die Astronomen planen bereits ihre nächsten Beobachtungen von CB26. In der Zwischenzeit wurde das Plateau de Bure Interferometer aufgerüstet: Das neue Observatorium mit dem Namen NOEMA verfügt über 12 statt der bisherigen 6 Antennen und ermöglicht Konfigurationen, mit denen doppelt so kleine Details wie mit dem Vorgänger-Observatorium herausgearbeitet werden können. Doch auch wenn diese Verbesserungen sehr vielversprechend sind, war der entscheidende Schritt das, was der hier beschriebene Artikel leistet: die Bestätigung, dass Scheibenwinde tatsächlich ein wichtiger Faktor sind, der die Entstehung von Protosternen überhaupt erst ermöglicht und das Drehimpulsproblem lösen kann.

Hintergrundinformationen
Die hier beschriebene Arbeit wurde als R. Launhardt et al. „A resolved rotating disk wind from a young T Tauri star in the Bok globule CB 26⋆“, in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Die beteiligten MPIA-Forscher sind Ralf Launhardt, Thomas Henning und Dimitry Semenov in Zusammenarbeit mit Yaroslav Pavlyuchenkov, Vitaly Akimkin (beide INASAN Moskau) und sieben weiteren Wissenschaftler*innen aus Deutschland, Frankreich und Großbritannien.

Originalveröffentlichung
R. Launhardt, Ya. N. Pavlyuchenkov, V. V. Akimkin, A. Dutrey, F. Gueth, S. Guilloteau, Th. Henning, V. Pietu, K. Schreyer, D. Semenov, B. Stecklum, T. L. Bourke
A resolved rotating disk wind from a young T Tauri star in the Bok globule CB26
Accepted by A&A, 25 pages, 19 figures
dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202347483
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/10/aa47483-23/aa47483-23.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2023/10/aa47483-23.pdf

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• Sternentwicklung

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Quelle: DPG.

Bad Honnef, 1. August 2023 – Die Anzahl von meist kommerziellen Satelliten, insbesondere auch auf erdnahen Umlaufbahnen, nimmt in jüngster Zeit besorgniserregend zu. Die damit einher­gehende wachsende Nutzung von Radiofrequenzen für die Kommunikation, für Rundfunk und Fernsehen, für zivile und militärische Radare ist gut geregelt, nicht jedoch die unbeabsichtigte Abstrahlung von Störstrahlung. Diese stellt zunehmend eine Herausforderung für die Erforschung des Universums mit Radiowellen dar.

Die neueste Ausgabe des Faktenblatts der DPG möchte auf diese Problematik aufmerksam machen. „Störstrahlung von Satelliten gefährdet höchstsensible astronomische Messungen und sollte dringend besser reguliert werden“, fordert daher DPG-Präsident Joachim Ullrich. Denn nur so kann die erdgebundene Radioastronomie weiterhin wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie das Universum entstanden ist und was es „im Innersten“ zusammenhält. Die Faktenblätter dieser Reihe bereiten in allgemeinverständlicher und kompakter Form Informationen zu aktuellen wissenschaftlichen und wissenschaftspolitischen Themen auf. Der gemeinnützige Verein möchte damit unter anderem dazu beitragen, die Gesellschaft sowie Entscheidungsträgerinnen oder -träger in Politik, Wirtschaft und Industrie mit Informationen zu zentralen Fragen der Physik zu versorgen. Damit nimmt die DPG ihre Verantwortung als neutrale und größte physikalische Fachgesellschaft der Welt wahr.

Der Bezug der Faktenblätter bei Neuerscheinen kann via E-Mail an physikkonkret(at)dpg-physik.de beauftragt werden. Alle bisher erschienenen Ausgaben finden sich im Internet unter: http://www.physikkonkret.de. Zudem bietet die DPG allen interessierten Schulen den kostenlosen Versand von Klassensätzen einzelner Physikkonkret-Ausgaben für den Unterricht an.

Über die DPG
Die Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG), deren Tradition bis in das Jahr 1845 zurückreicht, ist die älteste nationale und mit rund 55.000 Mitgliedern auch mitgliederstärkste physikalische Fachgesellschaft der Welt. Als gemeinnütziger Verein verfolgt sie keine wirtschaftlichen Interessen. Die DPG fördert mit Tagungen, Veranstaltungen und Publikationen den Wissenstransfer innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft und möchte allen Neugierigen ein Fenster zur Physik öffnen. Besondere Schwerpunkte sind die Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses und der Chancengleichheit. Sitz der DPG ist Bad Honnef am Rhein. Hauptstadtrepräsentanz ist das Magnus-Haus Berlin.
Website: http://www.dpg-physik.de

DPG Faktenblatt „Kommerzielle Satelliten gefährden die Radioastronomie“

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• Radioastronomie

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 27. Juli 2023.

27. Juli 2023 – Der „Tag der Offenen Tür“ bietet eine hervorragende Gelegenheit, ganz nah an das große 100-m-Radioteleskop heranzukommen und vielleicht sogar die erste Teleskopplattform in 20 Metern Höhe betreten zu können.

Das Teleskop ist auch heute, mehr als 50 Jahre nach seiner Inbetriebnahme, das größte voll bewegliche Radioteleskop Europas. Es liegt, geschützt vor Störstrahlung von außen, in einem Tal bei Bad Münstereifel-Effelsberg, ca. 40 km südwestlich von Bonn. Auf dem Institutsgelände befindet sich auch eine Station des europäischen LOFAR-Teleskopnetzwerks für Radiobeobachtungen im Meterwellenbereich.

Am 9. September 2023 ist jedermann willkommen, das Institutsgebäude mit dem Steuerraum, von dem aus das Radioteleskop betrieben wird, und insbesondere das Teleskop selbst aus nächster Nähe zu besichtigen.

Beim Zugang auf die Elevationsbühne in 20 m Höhe sei darauf hingewiesen, dass dafür festes Schuhwerk erforderlich ist, ebenso ein guter Gesundheitszustand und keine Höhenangst. Dieser Teil des Programms ist für kleine Kinder nicht geeignet.

Es wird kein Eintritt erhoben und es ist keine vorherige Anmeldung erforderlich.

Wann: Samstag, 9. September 2023, 10:00 – 17:00 Uhr

Wo: Radio-Observatorium Effelsberg, Max-Planck-Straße, 53902 Bad Münstereifel (zum Parken bitte den Hinweisen vor Ort in Lethert bzw. Effelsberg folgen)

Was: Tag der Offenen Tür am Radioteleskop Effelsberg

Poster: TDOT2023 (PDF-Datei, 0,5 MByte)

Das Gelände des Radio-Observatoriums im Effelsberger Bachtal wird über einen Fußweg vom Parkplatz aus erreichbar sein. Für Personen mit körperlichen Einschränkungen wird ein Pendelbus eingesetzt werden.

Genauere Informationen zum Programm der Veranstaltung am Radioteleskop Effelsberg werden zu einem späteren Zeitpunkt auf dieser Webseite präsentiert.

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 19. Juli 2023.

19. Juli 2023 – Es könnte sich um einen ultralangperiodischen Magnetar handeln, eine seltene Art von Stern mit extrem starken Magnetfeldern, die gewaltige Energieausbrüche erzeugen können. Alle bis vor kurzem bekannten Magnetare setzen Energie in Intervallen von einigen Sekunden bis einigen Minuten frei. Das neu entdeckte Objekt sendet alle 22 Minuten Radiowellen aus und wäre damit der Magnetar mit der längsten Periode, der je entdeckt wurde.

Eine internationale Forschergruppe unter der Leitung von Dr. Natasha Hurley-Walker von der Curtin-Universität und dem „International Centre for Radio Astronomy Research“ (ICRAR) in Australien entdeckte mit dem „Murchison Widefield Array“ (MWA) in Westaustralien eine neue Art von Stern. Das Objekt, wahrscheinlich ein Magnetar, ein rotierender Neutronenstern mit extrem starken Magnetfeldern, die mehr als eine Milliarde Mal stärker sind als das stärkste auf der Erde erzeugte Magnetfeld, wurde als GPM J1839-10 bezeichnet. Er befindet sich in einer Entfernung von 15.000 Lichtjahren von der Erde in Richtung des Sternbilds Scutum (Schild). Es ist erst der zweite jemals entdeckte Magnetar mit extrem langer Ratationsperiode, der als rätselhaftes, vorübergehendes Objekt beschrieben wird, das in regelmäßigen Abständen auftaucht und wieder verschwindet und dreimal pro Stunde starke Energiestrahlen aussendet.

„Dieses bemerkenswerte Objekt stellt unser Verständnis von Neutronensternen und Magnetaren in Frage, die zu den exotischsten und extremsten Objekten im Universum gehören“, sagt Natasha Hurley-Walker, „Das erste dieser rätselhaften transienten Objekte hat uns überrascht. Wir waren verblüfft und begannen, nach ähnlichen Objekten zu suchen, um herauszufinden, ob es sich um ein isoliertes Ereignis oder lediglich um die Spitze des Eisbergs handelt.“

Beim Abscannen des Himmels mit dem MWA-Teleskop entdeckte das Team bald eine weitere Quelle, GPM J1839-10, die Energiestöße aussendet, die bis zu fünf Minuten dauern, fünfmal länger als beim ersten dieser Objekte. Folgebeobachtungen mit anderen Teleskopen bestätigten die Entdeckung und lieferten Details über die einzigartigen Eigenschaften des Magnetars.

„GPM J1839-10 ist eine ziemlich faszinierende Quelle, die sich scheinbar zu langsam dreht, um ein typischer Radiopulsar zu sein, aber auch zu stabil strahlt, um ein Radiomagnetar zu sein. Um die wahre Natur dieser Quelle zu verstehen, haben wir das Signal alle paar Millisekunden mit den von unserem Team entwickelten hochauflösenden Instrumenten zur Suche nach Pulsaren und schnellen Transienten abgetastet“, fügt Ewan Barr vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) hinzu, ein Mitautor der Veröffentlichung. „Die Beobachtungen zeigten eine feine Puls-Substruktur, die quasi-periodische Schwingungen aufweist. Ob diese eine intrinsische Eigenschaft der Quelle oder ihrer Umgebung sind, muss noch geklärt werden.“

Das Team hat auch damit begonnen, die Beobachtungsarchive der wichtigsten Radioteleskope der Welt nach weiteren Informationen zu dieser Quelle zu durchsuchen.
„Der Magnetar tauchte in Beobachtungen des „Giant Metre wave Radio Telescope“ in Indien auf, und das „Very Large Array“ in den USA hatte Beobachtungen, die bis ins Jahr 1988 zurückreichen“, erklärt Natasha Hurley-Walker. „Das war ein ganz unglaublicher Moment für mich. Ich war fünf Jahre alt, als unsere Teleskope zum ersten Mal Pulse von diesem Objekt aufzeichneten, aber niemand bemerkte es, und es blieb 33 Jahre lang in den Daten verborgen.“

Nicht alle Magnetare erzeugen Radiowellen. Einige liegen unterhalb der so genannten „Todeslinie“, einer kritischen Schwelle, an der das Magnetfeld eines Sterns zu schwach wird, um Radiowellen zu erzeugen. Da GPM J1839-10 weit unterhalb der Todeslinie liegt, sollte er sich zu langsam drehen, um Radiopulse zu erzeugen.

Alle 22 Minuten sendet die Quelle einen fünfminütigen Radiowellenpuls aus, und das seit mindestens 33 Jahren. Welcher Mechanismus auch immer dahinterstecken mag, er muss außergewöhnlich sein. Die Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der Physik von Neutronensternen und des Verhaltens von Magnetfeldern in extremen Umgebungen. Sie wirft auch neue Fragen über die Entstehung und Entwicklung von Magnetaren auf und könnte Licht in den Ursprung rätselhafter Phänomene wie schneller Radiobursts bringen.

Das Forscherteam plant weitere Beobachtungen des Magnetars, um mehr über seine Eigenschaften und sein Verhalten zu erfahren. Sie hoffen, in Zukunft noch weitere Magnetare mit extrem langer Periode zu entdecken, die dazu beitragen könnten, das Verständnis dieser faszinierenden und rätselhaften Objekte zu verfeinern.

Weitere Informationen:
Das Murchison Wide-field Array (MWA), mit dem die Quelle GPM J1839-10 entdeckt wurde, ist ein Vorläufer des weltweit größten Radioastronomie-Observatoriums, des SKA-Observatoriums (SKAO), das derzeit in Australien und Südafrika aufgebaut wird.

Zusätzliche Beobachtungen erfolgten mit drei australischen Radioteleskopen (Parkes, ASKAP, ATCA), mit MeerKAT in Südafrika, dem Vorläufer des SKAO für den mittleren Frequenzbereich, und mit dem Weltraum-Röntgenteleskop XMM-Newton.

Die Autoren der Veröffentlichung sind N. Hurley-Walker, N. Rea, S. J. McSweeney, B. W. Meyers, E. Lenc, I. Heywood, S. D. Hyman, Y. P. Men, T. E. Clarke, F. Coti Zelati, D. C. Price, C. Horvath, T. J. Galvin, G. E. Anderson, A. Bahramian, E. D. Barr, N. D. R. Bhat, M. Caleb, M. Dall’Ora, D. de Martino, S. Giacintucci, J. S. Morgan, K.M. Rajwade, B. Stappers und A. Williams. Yunpeng Men und Ewan Barr sind Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie.

Originalpublikation:
N. Hurley-Walker et al.: A long-period radio transient active for three decades, Nature, 19. Juli 2023
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06202-5

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• Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 5. Juli 2023.

5. Juli 2023 – Wissenschaftler führender Forschungseinrichtungen, darunter das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, haben mit dem Radioteleskop LOFAR 68 Satelliten von SpaceX beobachtet. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass sie elektromagnetische Leckstrahlung entdeckt haben, die von der Bordelektronik erzeugt wird. Sie könnte astronomische Forschung behindern und unterscheidet sich von den normalen Kommunikationssignalen, die bisher im Fokus der Radioastronomen lagen. Die Autoren fordern daher Satellitenbetreiber und Regulierungsbehörden dazu auf, die Auswirkungen auf die Radioastronomie sowohl bei der Entwicklung von Raumfahrzeugen als auch bei Regulierungsverfahren zu berücksichtigen. Die Ergebnisse werden heute in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Ein neues Phänomen auf niedrigen Umlaufbahnen
Astronomen müssen für ihre Arbeit sehr schwache Signale aus dem Universum empfangen können. Von Menschen verursachte Radiosignale können astrophysikalische Quellen aber um ein Vielfaches überstrahlen. Daher werden die meisten Radioteleskope an Standorten gebaut, die besonders vor terrestrischen Störungen geschützt sind. Einige befinden sich sogar in radioruhigen Zonen, die von einigen Staaten eingerichtet wurden. Der technologische Fortschritt ermöglichte in den letzten Jahren erstmalig, riesige Satellitenkonstellationen ins All zu befördern, die für den Breitband-Internetzugang oder die Erdbeobachtung genutzt werden. Sie stellen eine völlig neue Herausforderung für die Astronomie dar. Da sich nun Tausende von Satelliten auf niedrigen Erdumlaufbahnen befinden, hat jedes Radioteleskop zu jeder Zeit viele Satelliten im Blick, die Signale ausstrahlen. Bisher ging man davon aus, dass es hauptsächlich die Kommunikationssignale der Satelliten wären, die radioastronomische Beobachtungen behindern können. Die nun erstmalig beobachtete Leckstrahlung, wahrscheinlich verursacht vom elektronischen Equipment der Satelliten, hatte man bisher nicht auf dem Schirm und weitere Untersuchungen dazu sind vonnöten.

„Diese Studie ist der jüngste Versuch, die Auswirkungen von Satellitenkonstellationen auf die Radioastronomie besser zu verstehen“, sagte der Hauptautor Federico Di Vruno, „in früheren Workshops zum Schutz des Nachthimmels und der Astronomie vor Auswirkungen von Satelliten wurden Theorien über diese Strahlung aufgestellt; unsere Beobachtungen bestätigen, dass sie messbar ist.“ Di Vruno ist Co-Direktor des Centre for the Protection of the Dark and Quiet Sky from Satellite Constellation Interference der Internationalen Astronomischen Union (IAU CPS) und außerdem Spektrum-Manager für das SKA-Observatorium (SKAO). Die weiteren Autoren der Studie sind alles aktive Mitglieder des CPS.

Bestehende und geplante Satellitenkonstellationen
Das Team um Di Vruno konzentrierte sich zunächst auf die SpaceX-Satelliten, da SpaceX zum Zeitpunkt der Beobachtungen die größte Anzahl von Satelliten – mehr als 2.000 – im Orbit hatte. Die Autoren stellen jedoch klar, dass SpaceX nicht der einzige Betreiber von großen Satellitenkonstellationen ist. Sie gehen davon aus, dass andere Satelliten ähnliche unbeabsichtigte Emissionen ausstrahlen. Es sind bereits weitere Messungen geplant, die sich auf andere Satellitenkonstellationen konzentrieren werden.

„Mit LOFAR konnten wir von 47 der 68 beobachteten Satelliten Strahlung zwischen 110 und 188 MHz nachweisen. Dieser Frequenzbereich umfasst ein geschütztes Band zwischen 150,05 und 153 MHz, das von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) speziell für die Radioastronomie zugewiesen wurde“, sagt Mitautor Cees Bassa von ASTRON, dem niederländischen Institut für Radioastronomie. SpaceX verstößt jedoch nicht gegen Vorschriften oder Regulierungen, da diese Art von Strahlung für Satelliten nicht durch internationale Regelungen abgedeckt ist. Im Gegensatz dazu gelten für terrestrische Geräte Vorschriften, um sicherzustellen, dass ein Gerät nicht ein anderes in der Nähe stört.

Die Autoren führten auch umfangreiche Simulationen dieses Effekts für verschiedene Satellitenkonstellationen durch. „Unsere Simulationen zeigen unter anderem, dass dieser Effekt umso wichtiger wird, je größer die Konstellation ist, da sich die Strahlung aller Satelliten summiert. Das bereitet uns natürlich Sorgen, insbesondere wenn man an die Vielzahl von geplanten Satelliten denkt. Und es fehlt an spezifischen Regeln, die die Radioastronomie vor unbeabsichtigter Strahlung der Satelliten schützen“, sagt Mitautor Benjamin Winkel vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn.

Verstärkte Zusammenarbeit mit Satellitenbetreibern ist entscheidend
Die Autoren stehen in engem Kontakt mit SpaceX. Das Unternehmen möchte mögliche negative Auswirkungen auf die Astronomie auf jeden Fall verhindern. SpaceX hat bereits Änderungen an der kommenden Satellitengeneration vorgenommen und hofft, dass damit eine Verbesserung der Situation erzielt wird.

Mitautor Gyula Józsa (ebenfalls vom MPIfR und von der Rhodes-Universität in Südafrika) betont: „Wir glauben, dass das rechtzeitige Erkennen dieser Situation den Astronomen und den Betreibern großer Satellitenkonstellationen die Chance gibt, gemeinsam an technischen Maßnahmen zu arbeiten. Parallel dazu sind aber dringend Gespräche mit Regulierungsbehörden zu führen, um geeignete Regulierungen zu schaffen.“

„Die vorliegende Studie zeigt, dass neue technologische Entwicklungen unvorhergesehene Nebenwirkungen auf die Astronomie haben können“, schließt Prof. Michael Kramer, Direktor am MPIfR und Präsident der Astronomischen Gesellschaft in Deutschland. Er begrüßt ausdrücklich den kooperativen Ansatz von SpaceX. „SpaceX geht mit gutem Beispiel voran. Nun hoffen wir auf eine breite Unterstützung durch die gesamte Satellitenindustrie und die Regulierungsbehörden.“

Über das CPS
Das Centre for the Protection of the Dark and Quiet Sky from Satellite Constellation Interference (CPS) der Internationalen Astronomischen Union (IAU) ist eine globale Organisation, die gemeinsam vom NOIRLab der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) und dem SKA-Observatorium (SKAO) unter der Schirmherrschaft der IAU betrieben wird.

Das CPS erleichtert die globale Koordinierung der Bemühungen der astronomischen Gemeinschaft in Zusammenarbeit mit Observatorien, Raumfahrtbehörden, Industrie, Regulierungsbehörden und anderen Sektoren, um die negativen Auswirkungen von Satellitenkonstellationen auf die Astronomie zu mildern.

Zu den teilnehmenden Forschungseinrichtungen gehören das SKA-Observatorium, das European Research Council (ERC), das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), das Niederländische Institut für Radioastronomie (ASTRON), die Rhodes-Universität in Südafrika und das Jodrell Bank Centre for Astrophysics in Großbritannien. Benjamin Winkel, Gyula I. G. Józsa und Axel Jessner sind Ko-Autoren vom MPIfR. Mehrere der Autoren sind außerdem im Committee for Radioastronomy Frequencies (CRAF) aktiv, das sich für den Schutz von radioastronomischen Beobachtungen vor menschengemachten Funksignalen stark macht. Alle Autoren sind Mitglieder des Opticon RadioNet Pilot, welches die ORP Sky Protection Group unterhält.

Originalveröffentlichung
Unintended radio emission from Starlink satellites detected with LOFAR between 110 and 188 MHz
F. Di Vruno, B. Winkel, C. G. Bassa, G. I. G. Józsa, M. A. Brentjens, A. Jessner, and S. Garrington, 2023, Astronomy & Astrophysics, July 05, 2023 (DOI: 10.1051/0004-6361/202346374), pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2023/08/aa46374-23.pdf.

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• Beeinträchtigung von astronomischen Teleskopen durch Megakonstellationen

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