Quelle: ESO Announcement 25007, 21. Oktober 2025

4MOST ist am ESO-Teleskop „Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy” (VISTA) in Chile installiert und ist das größte Instrument seiner Art zur Erforschung des südlichen Sternenhimmels. Es soll in den ersten fünf Jahren seines Betriebs das Licht von mehr als 25 Millionen verschiedenen Objekten erfassen und analysieren, um unter anderem die Geschichte unserer Galaxie zu ergründen, die Geheimnisse der Dunklen Materie zu erforschen und die Entstehung von Sternen zu untersuchen.

Dieses Instrument ist so konzipiert, dass es das Licht von Tausenden von kosmischen Objekten gleichzeitig einfängt, wobei mehr als 2400 dünne optische Fasern verwendet werden, die jeweils etwa so dick wie ein menschliches Haar sind. Dieses Licht wird dann auf drei separate Spektrografen gelenkt, die es in bis zu 18 000 Farbkomponenten (im sichtbaren Lichtbereich von Violett bis Rot) aufspalten und uns so einzelne Spektren liefern. Anhand dieser Spektren können Astronominnen und Astronomen die Eigenschaften der beobachteten kosmischen Quellen analysieren, darunter ihre chemische Zusammensetzung, Geschwindigkeit oder Entfernung.

„Forschende haben schon lange auf ein Instrument wie 4MOST gewartet“, sagt Joar Brynnel, 4MOST-Projektleiter am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), dem Institut, das das Instrumentenkonsortium geleitet hat. Die Anzahl der Objekte, die es gleichzeitig beobachten kann, das große Sichtfeld (entspricht der Fläche von 16 Vollmonden) und die große Anzahl von Spektralfarben, die es gleichzeitig registrieren kann, machen das Instrument so einzigartig.

„Es handelt sich hier um eine grundlegende Veränderung unserer Arbeit bei der ESO. Normalerweise beobachtet man mit einem Instrument jeweils nur die Ziele einer einzigen wissenschaftlichen Studie“, sagt Vincenzo Mainieri, ESO-Projektwissenschaftler für 4MOST. Aufgrund der großen Anzahl von Fasern kann das Instrument jedoch Quellen aus vielen verschiedenen wissenschaftlichen Projekten gleichzeitig beobachten. Er fährt fort: „4MOST kann 10 oder mehr wissenschaftliche Studien parallel in einer einzigen Beobachtung bedienen. Auf diese Weise lässt sich die wissenschaftliche Leistung des Instruments maximieren.“

Diese neuartige Technik wird nicht nur den Blick auf unsere eigene Galaxie erhellen, sondern auch Beobachtungen von mehreren Galaxien in größerer Entfernung ermöglichen, um zu verstehen, wie sie entstehen und sich entwickeln. Durch die Beobachtung entfernter Galaxien wird 4MOST auch zu einem besseren Verständnis der Dunklen Materie beitragen, einer unsichtbaren Form von Materie, die Galaxien und den Raum zwischen ihnen durchdringt. Das Instrument dient auch zur Erforschung der Entwicklung des Universums selbst, um zu untersuchen, wie es sich im Laufe der Zeit ausdehnt und verändert.

4MOST hat den Platz der VISTA-Infrarotkamera (VIRCAM) eingenommen, die seit 2008 Vermessungen für das VISTA-Teleskop durchgeführt hat. Da es sich bei 4MOST um einen Spektrografen handelt, ein Instrument, das sich grundlegend von einer Kamera unterscheidet, musste VISTA für den Einsatz dieses Instruments komplett aufgerüstet werden. „Wir mussten viele Komponenten des Teleskops austauschen, um unser Instrument einzubauen. Wir haben neue große Optiken für das Teleskop, neue technische Kameras zur Steuerung des Teleskops und dann das Instrument selbst eingebaut“, sagt Brynnel. „Die Aufrüstung des VISTA-Teleskops für die neuen Komponenten wurde von der ESO im Vorfeld der Ankunft von 4MOST vorbereitet“, erklärt Jean-François (Jeff) Pirard, ESO-Projektleiter für 4MOST. „Das Teleskop wurde im ersten Halbjahr 2025 wieder in Betrieb genommen, gerade rechtzeitig, um das neue 4MOST-Instrument in Empfang zu nehmen.“

Die ersten Beobachtungen mit 4MOST, die einen Bereich des Himmels umfassten, in dem sich die Sculptor-Galaxie und der Sternhaufen NGC 288 befinden, zeigen die Fähigkeit dieses hochmodernen Instruments, mehrere Ziele mit einem erstaunlich großen Sichtfeld und zahlreichen optischen Fasern zu beobachten. Im ersten Durchlauf sammelte 4MOST Spektren von verschiedenen Sternen in unserer Milchstraße und von mehr als tausend nahen und fernen Galaxien und demonstrierte damit seine beeindruckenden Kapazitäten.

Roelof de Jong, leitender Forscher bei 4MOST und Leiter der Abteilung Milchstraße am AIP, bemerkt: „Es ist unbeschreiblich, die ersten Spektren unseres neuen Instruments zu sehen. Die Daten sehen von Anfang an fantastisch aus und sind ein gutes Zeichen für all die verschiedenen wissenschaftlichen Projekte, die wir durchführen wollen. Dass wir Licht, das manchmal Milliarden von Lichtjahren zurückgelegt hat, in einer Glasfaser von der Größe eines Haares einfangen können, ist einfach unglaublich. Eine beeindruckende Leistung, die nur durch ein herausragendes Entwicklungsteam möglich wurde. Ich kann es kaum erwarten, bis das System jede Nacht in Betrieb ist.“

4MOST ist beobachtungsbereit (Videozusammenstellung)

Weitere Informationen

Das 4MOST- Instrument wird von einem Konsortium aus 30 Universitäten und Forschungsinstituten in Europa und Australien unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) entwickelt, gebaut und wissenschaftlich betrieben. Die wichtigsten am Bau und Betrieb des Instruments beteiligten Institute sind:

• Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), Deutschland
• Macquarie University / Australian Astronomical Optics (AAO), Australien
• Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL), Frankreich
• Europäische Südsternwarte (ESO)
• Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), Deutschland
• Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), Deutschland
• Nederlandse Onderzoekschool Voor Astronomie (NOVA), Niederlande
• Universität Cambridge, Institut für Astronomie (IoA), Vereinigtes Königreich
• Universität Hamburg (UHH), Hamburger Sternwarte, Deutschland
• Universität Heidelberg, Zentrum für Astronomie (ZAH), Deutschland

Links

• AIP-Pressemitteilung zum ersten Licht mit 4MOST
• 4MOST-Konsortiums-Webseiten
• 4MOST-Seiten auf der öffentlichen ESO-Internetseite
• Weitere Informationen zu 4MOST im ESO-Blog

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• VISTA

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Quelle: Universität Innsbruck 19. Juli 2024.

19. Juli 2024 – Die Forschungsgruppe von Thomas Lörting am Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck beschäftigt sich mit den vielfältigen und besonderen Eigenschaften von Eis und Wasser. So haben die Wissenschaftler:innen im Labor neue Eisformen entdeckt und konnten in der Vergangenheit zeigen, dass Wasser aus zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten besteht. Die Arbeitsgruppe ist in der Lage, im Labor auch Eisformen herzustellen, die nicht natürlich auf der Erde vorkommen, in den Weiten des Weltalls aber sehr wohl. „Für die Herstellung dieser Eisformen benötigt es sehr tiefe Temperaturen und/oder einen sehr hohen Druck“, erklärt die Chemikerin Christina M. Tonauer aus dem Team von Thomas Lörting. Die Erkenntnisse zu den Eisformen finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Für die Weltraumforschung sind sie wichtig, weil so die Bedingungen ergründet werden können, unter denen dort Eis entsteht, und wo es zu finden ist.

Zwanzig verschiedene Eisformen sind bisher bekannt. Und während auf der Erdoberfläche nur sogenanntes hexagonales Eis beobachtet wird, vermutet die Wissenschaft im Inneren der Eisgiganten Uranus und Neptun oder auf den von kilometerdicken Eisschichten überzogen Eismonden von Jupiter und Saturn eine Vielzahl unterschiedlicher Eisstrukturen. Zum ersten Mal liefern die Innsbrucker Chemiker:innen nun Spektren dieser Eisformen im Nahinfrarotbereich, einem Frequenzbereich, in dem auch das neue James-Webb-Weltraumteleskop misst. Die im Weltall gemessenen Daten können mit den im Labor in Innsbruck ermittelten Spektren verglichen werden und so Aussagen über Art und Struktur des Eises im All gewonnen werden.

Neue Messmethode entwickelt
Gelungen ist Christina M. Tonauer die Erstellung der Nahinfrarotspektren in Kooperation mit der Forschungsgruppe um Christian Huck am Institut für Analytische Chemie und Radiochemie der Universität Innsbruck, einem Spezialisten der Nahinfrarot-Spektroskopie. „Die große Schwierigkeit war, das Eis für die Dauer der Messung auf minus 196 Grad Celsius zu halten, damit es sich nicht umformt“, erzählt Christina M. Tonauer. „Wir mussten eine Methode entwickeln, um die Proben unter Zuhilfenahme von flüssigem Stickstoff in einem für Raumtemperaturen konzipierten Spektrometer messen zu können.“

Die Wissenschaftler:innen waren erfolgreich und fanden in den Spektren im Wellenlängenbereich von 1 bis 2,5 Mikrometer zahlreiche charakteristische Merkmale, anhand derer etwa die Dichte und Porosität des Eises bestimmt werden können. „In diesem Wellenlängenbereich misst auch einer der Spektrografen am James-Webb-Weltraumteleskop“, erklärt Thomas Lörting. „Unsere Labordaten können als Referenzwerte für die Interpretation von Messungen im All herangezogen werden. So lernen wir vielleicht bald mehr über das Eis und Wasser im All.“

Die Forschung fand im Rahmen der Forschungsplattform Material- und Nanowissenschaften an der Universität Innsbruck statt, die Anfang des Jahres zum Forschungsschwerpunkt Funktionelle Materialwissenschaften (FunMAT) aufgewertet wurde.

Originalpublikation:
Near-infrared Spectroscopy for Remote Sensing of Porosity, Density and Cubicity of Crystalline and Amorphous H₂O Ices in Astrophysical Environment. Christina Tonauer et al. The Astrophysical Journal 2024
DOI: doi.org/10.3847/1538-4357/ad4f82
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad4f82
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad4f82/pdf

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• Leben im Universum

Der Beitrag Universität Innsbruck: Dem Wasser im Weltall auf der Spur erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Göttingen 6. Juni 2026.

6. Juni 2024 (pug) Die Europäische Südsternwarte (ESO) hat mit einem internationalen Konsortium von Institutionen eine Vereinbarung über die Entwicklung und den Bau von ANDES, dem ArmazoNes High Dispersion Echelle Spectrograph, unterzeichnet. Das ANDES-Instrument wird auf dem Extremely Large Telescope (ELT) der ESO installiert. Wissenschaftliche Ziele sind die Suche nach Anzeichen von Leben auf Exoplaneten, die Identifikation der ersten Sterne, Tests von Variationen der fundamentalen Konstanten der Physik und die Vermessung der Beschleunigung der Expansion des Universums. Daran beteiligt ist auch das Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen.

ANDES ist ein leistungsstarker Spektrograf, ein Instrument, das Licht in seine einzelnen Wellenlängen aufspaltet, so dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wichtige Eigenschaften astronomischer Objekte, wie etwa ihre chemische Zusammensetzung, bestimmen können. Das Instrument wird eine bisher unerreichte Wellenlängenpräzision im sichtbaren und nahen infraroten Bereich des Lichts aufweisen und in Kombination mit dem leistungsstarken Spiegelsystem des ELT den Weg für Forschung in zahlreichen Bereichen der Astronomie ebnen.

ANDES wird detaillierte Untersuchungen der Atmosphären erdähnlicher Exoplaneten durchführen und Forschenden ermöglichen, nach Anzeichen von Lebensformen zu suchen. Es wird chemische Elemente in weit entfernten Objekten aus dem frühen Universum analysieren und dürfte das erste Instrument sein, das Sterne der Population III, die frühesten Sterne im Universum, erfassen kann. Darüber hinaus werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit den ANDES-Daten prüfen können, ob sich grundlegende physikalische Konstanten mit der Zeit und dem Raum verändern. Die umfangreichen Messdaten werden auch die Beschleunigung und Expansion des Universums erfassen, eins der größten Rätsel unseres Kosmos.

Das Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen ist verantwortlich für die Kalibrierung des neuen Instruments. Die Arbeiten werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Das ELT der ESO, das derzeit in der Atacama-Wüste im Norden Chiles gebaut wird, wird einen Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 39 Metern haben, der aus 798 sechseckigen Segmenten besteht. Das ELT soll bis 2030 in Betrieb genommen werden. Es wird das größte optische Teleskop der Welt sein und eine neue Ära der bodengebundenen Astronomie einläuten.

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• ESO Teleskop ELT

Der Beitrag ANDES: Die Analyse des Universums erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern 5. Juni 2024.

5. Juni 2024 – Das Projekt «ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph» ANDES wird etwa 120 Millionen Euro kosten, und die Schweiz ist einer der Hauptbeitragsleistenden sowohl in instrumenteller als auch in wissenschaftlicher Hinsicht. Dieser Spektrograf der zweiten Generation für das Extremely Large Telescope (ELT), das zukünftige Riesenteleskop der ESO mit 39 Metern Durchmesser, welches derzeit in der chilenischen Atacamawüste gebaut wird. ANDES wird es unter anderem ermöglichen, die Atmosphäre von Exoplaneten nach Spuren von Leben zu durchforsten oder Exoplaneten zu untersuchen, die sich in ihrer protoplanetaren Scheibe bilden.

Die Vereinbarung über die Planung und den Bau von ANDES zwischen der ESO und einem Konsortium von Institutionen, dem auch die Universität Genf und die Universität Bern angehören, wurde heute am Hauptsitz der ESO in Deutschland von Xavier Barcons, dem Generaldirektor der ESO, und Roberto Ragazzoni, dem Präsidenten des italienischen Nationalinstituts für Astrophysik (INAF), unterzeichnet. Das INAF leitet das Konsortium für das 120 Millionen Euro teure Instrument, das einem kleinen Raumfahrtsatelliten entspricht.

Suche nach Spuren von Leben auf Exoplaneten
ANDES ist ein leistungsfähiger Spektrograf, ein Instrument, das Licht in seine verschiedenen Farben zerlegt, damit Forschende die Eigenschaften astronomischer Objekte, wie z. B. ihre chemische Zusammensetzung, bestimmen können. Er wird am ELT der ESO installiert. Das Instrument wird eine Rekordgenauigkeit im sichtbaren und nahen Infrarotbereich aufweisen und zusammen mit dem leistungsstarken Spiegelsystem des ELT den Weg für Forschungsarbeiten ebnen, die viele Bereiche der Astronomie abdecken.

«Der Beitrag der Universität Genf konzentriert sich hauptsächlich auf einen der vier Spektrografen, aus denen ANDES bestehen wird, den RIZ-Spektrografen (in den Wellenlängen Rot und Nahinfrarot) für die instrumentelle Seite und auf die Anwendungen von ANDES im Bereich der Planetensysteme für die wissenschaftliche Seite», erklärt Christophe Lovis, assoziierter Professor an der Universität Genf und Schweizer Vertreter für das ANDES-Konsortium. «ANDES wird es ermöglichen, die Atmosphäre von Exoplaneten auf der Suche nach Biosignaturen zu untersuchen. Es wird den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Centre pour la Vie dans l’Univers, des neu gegründeten Forschungszentrums der Universität Genf, das sich mit der schwierigen Frage des Lebens ausserhalb der Erde befasst, eine grosse Hilfe sein», so Christophe Lovis.

Während heute die offizielle Unterzeichnung stattfindet, herrscht bei den Teams der Astronomieabteilung der Universität Genf bereits rege Betriebsamkeit. «Wir haben bereits ein solides optisches Design für den RIZ-Spektrografen, aber es gibt noch einige Herausforderungen zu bewältigen. Ein Beispiel: Das Teleskop ist so gross, dass die optischen Teile des Spektrografen, die selbst sehr gross sein werden, auf den Zehntausendstel der Dicke eines Haares ausgerichtet bleiben müssen, damit wir das Signal einer Exo-Erde erkennen können», sagt Audrey Lanotte, Optikingenieurin an der Universität Genf. «Das Projekt beschäftigt bereits ein Dutzend Fachleute an der Universität. Diese Art von Projekt erfordert eine hervorragende Koordination zwischen den verschiedenen Berufsgruppen. Das ist alles sehr aufregend», fügt Audrey Lanotte hinzu.

Gefragte Schweizer Expertise
Die Universität Bern ihrerseits trägt zu ANDES bei, indem sie ein weiteres Kernstück für den Spektrografen liefert: das Lichtverteilungssystem. Dieses wird die Kalibrierung der verschiedenen Spektrografen mit stabilen Lichtquellen ermöglichen. «Die Schweiz ist einer der Hauptbeitragszahler zu diesem Instrument. Die Expertise und die jahrzehntelange Zusammenarbeit der Universität Bern und der Universität Genf, die in den letzten Jahren durch den NFS PlanetS gefestigt wurde, ermöglicht es der Schweiz, sich als internationale Referenz in der Forschung und im Design von hochpräzisen Instrumenten zur Beobachtung und Untersuchung von Exoplaneten, einschliesslich ihres Entstehungsprozesses, zu positionieren», sagt Christoph Mordasini, Professor und Leiter der Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie (WP) an der Universität Bern.

Das Extremely Large Telescope (ELT)
Das ELT mit seinem 39 Meter grossen Durchmesser wird voraussichtlich im Jahr 2028 «sein erstes Licht sehen», und ANDES wird einige Jahre später, etwa 2032, dort installiert.

Neben ihrem entscheidenden Beitrag zur Erforschung von Exoplaneten und Leben im Universum wird die Kombination aus ELT und ANDES auch in anderen Bereichen der Astrophysik bahnbrechende Fortschritte ermöglichen, z. B. bei der Messung der fundamentalen Konstanten der Physik, der Untersuchung ferner Galaxien oder der Entdeckung der ersten Sterne des Universums.

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• ESO Teleskop ELT

Der Beitrag ELT: Hochleistungs-Spektrograf für Riesenteleskop erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 31. Juli 2023.

31. Juli 2023 – Die Bilder zeigen bereits eine hervorragende Bildqualität. Euclid verfügt über zwei Kameras: die VIS Kamera liefert hochaufgelöste Bilder im sichtbaren Licht, während die NISP Kamera infrarotes Licht misst und sowohl Bilder wie auch Spektren liefert. Mit den Daten von VIS und NISP erhoffen sich die sechs aus Deutschland beteiligten Institute des internationalen Euclid-Konsortiums in Zukunft Aufschluss über den Einfluss der Dunklen Materie und Dunklen Energie auf die Struktur des Universums und die ersten Objekte in der Frühphase des Universums.

Die Reaktionen der Mitglieder des Euclid-Konsortiums sind überschwänglich. „Obwohl diese ersten Testaufnahmen noch nicht für wissenschaftliche Zwecke verwendbar sind, freue ich mich, dass das Teleskop und die beiden Instrumente jetzt im Weltall hervorragend funktionieren“, sagt Knud Jahnke vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg. Er ist einer der zwei Instrumentenwissenschaftler von Euclids Nah-Infrarot Spektrografen und Photometer (NISP).

Diese unbehandelten Rohbilder lieferten die beiden Kameras VIS und NISP. Im Vergleich zu kommerziellen Produkten sind sie ungleich komplexer. VIS setzt sich aus 36 einzelnen CCDs mit insgesamt 609 Megapixeln zusammen und produziert hochpräzise Bilder von Milliarden von Galaxien im sichtbaren Licht. Auf diese Weise bestimmen Astronominnen und Astronomen ihre Gestalt. Die ersten Bilder geben bereits einen Eindruck von der Fülle, die die Daten liefern werden.

NISPs Detektor besteht aus 16 Chips mit insgesamt 64 Megapixeln und arbeitet im nahen Infraroten bei Wellenlängen zwischen 1 und 2 Mikrometern. Zusätzlich dient NISP als Spektrograf, der das Licht der eingefangenen Objekte ähnlich wie einen Regenbogen aufspaltet und eine feinere Analyse ermöglicht. Diese Daten werden die Kartierung der dreidimensionalen Verteilung der Galaxien ermöglichen.

Somit befindet sich an Bord von Euclid die bislang größte Bildebene der Wissenschaftsgeschichte. Euclid wird schon nach wenigen Tagen mehr wissenschaftliche Bildinformation zur Erde gesendet haben, als dies das Weltraumteleskop Hubble in den über 33 Jahren seiner Arbeit bislang tat.

Das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching haben Schlüsselkomponenten zur Optik beigetragen. Die vier bis zu 18 Zentimeter großen und 2,5 Kilogramm schweren Linsen des NISP-Instrumentes bilden darüber hinaus das größte Objektiv, das je in den Weltraum gestartet wurde. Mit einer Genauigkeit der Justage von weniger als 1/10 des Durchmessers eines menschlichen Haares ist es zudem das am besten justierte Objektiv aller Weltraummissionen. Um die notwendigen Genauigkeiten zu erreichen, mussten völlig neue Methoden der Fertigung und Ausrichtung der Linsen erarbeitet werden.

Frank Grupp (MPE und Ludwig-Maximilians-Universität München), der optische Architekt von NISP und Verantwortliche für den Bau und die Justage der hauptsächlichen optischen Komponenten des Instruments räumt ein: „Als ich beim Start der Falcon 9-Rakete mit Euclid an Bord in fast 9 Kilometern Abstand zum Startplatz das Rumpeln der Triebwerke in Bauch und Brust spürte, musste ich doch an »meine« Linsen denken die nur gut 60 Meter von den Motoren entfernt weit größeren Vibrationen ausgesetzt waren. Obwohl wir alles sehr gut und mit ausreichend Sicherheit getestet haben, war ich doch froh, auf den ersten Bildern zu sehen, dass unsere Optik intakt ist und gemäß den Erwartungen hervorragend funktionieren wird.“

Dieser Erfolg war nur durch die Zusammenarbeit der exzellenten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im Euclid-Konsortium, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und den Partnern in der Industrie möglich. „Nach 16 Jahren Arbeit für Euclid können wir stolz sein, dass das Teleskop jetzt auch dank unserer Anstrengungen die Augen öffnet und ins Weltall blickt“, ergänzt Grupp.

Nun beginnt die Arbeit für die Ingenieurs- und Wissenschaftsteams, um die am Erdboden entwickelten Einstellungen an die reale Weltraumumgebung anzupassen und die Instrumente zu kalibrieren. Dadurch bekommt die umfangreiche Euclid-Datenverarbeitungssoftware die notwendigen Informationen, um optimierte Bilder der Instrumente VIS und NISP zu berechnen und der Wissenschaft ein Werkzeug für die Erforschung des dunklen Universums zur Verfügung zu stellen.

„Wir freuen uns sehr, dass die Phase der Inbetriebnahme von Euclid gut voranschreitet“, sagt Alessandra Roy, Euclid-Projektleiterin in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Die Sonde wird in Kürze ihre endgültige Position in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung von der Erde erreichen und mit den wissenschaftlichen Beobachtungen beginnen. Dann wird Euclid Licht in die dunkle Seite des Universums bringen.“

Euclid wird zum ersten Mal vom Weltraum aus systematisch den Einfluss von Dunkler Materie und Dunkler Energie auf die Entwicklung und großräumige Struktur des Alls untersuchen. Diese weitgehend unbekannten und unsichtbaren Bestandteile des Universums machen zusammen einen Anteil von 95 Prozent des Kosmos aus. Während die Dunkle Materie die Gravitationswirkung zwischen und innerhalb von Galaxien bestimmt und zunächst für eine Abbremsung der Ausdehnung des Weltalls sorgte, ist die Dunkle Energie für die derzeitige beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich.

Hintergrundinformationen
Euclid ist eine Weltraummission der Europäischen Weltraumagentur (ESA) mit Beiträgen der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Im „Cosmic Vision“-Programm der ESA (https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/ESA_s_Cosmic_Vision) ist es die zweite M-Klasse-Mission.

VIS und NISP wurden von einem Konsortium aus Wissenschaftlern und Ingenieurinnen aus 17 Ländern entwickelt und gebaut, viele aus Europa, aber auch aus den USA, Kanada und Japan. Aus Deutschland beteiligen sich das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching, die Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München, die Universität Bonn (UB), die Ruhr-Universität Bochum (RUB) sowie die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn.

Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR koordiniert die deutschen ESA-Beiträge und stellt darüber hinaus aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm Fördermittel in Höhe von 60 Millionen Euro für die beteiligten deutschen Forschungsinstitute zur Verfügung.
Deutschland ist mit rund 21 Prozent der größte Beitragszahler im ESA-Wissenschaftsprogramm.

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• Weltraumteleskop EUCLID

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Quelle: Universität Göttingen 22. Februar 2023.

22. Februar 2023 – Die Beobachtungen des internationalen Carmenes-Projekts haben in vier Jahren zur Entdeckung von 59 Exoplaneten geführt, von denen ein Dutzend potenziell lebensfreundlich ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die Daten von rund 20.000 Beobachtungen veröffentlicht, die sie zwischen 2016 und 2020 für eine Stichprobe von 362 nahen kühlen Sternen gemacht hatten. Das Projekt mit Beteiligung der Universität Göttingen nutzt ein Instrument des Calar-Alto-Observatoriums mit dem Ziel, erdähnliche Exoplaneten (mit fester Oberfläche und gemäßigten Temperaturen) zu finden, die möglicherweise flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche beherbergen. Die Studie ist in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen.

Das Carmenes-Instrument ist ein optischer und Nahinfrarot-Spektrograf – ein Gerät, das sowohl sichtbares als auch infrarotes Licht von den Objekten misst. Es wurde 2015 am Calar-Alto-Observatorium in Südspanien installiert, um in der Nähe von roten Zwergsternen erdähnliche Exoplaneten zu finden.

„Mit dieser neuen Methode hat Carmenes seit seiner Inbetriebnahme 17 bekannte Planeten neu analysiert und 59 neue Planeten in der Nähe unseres Sonnensystems entdeckt und bestätigt“, erklärt Erstautor Prof. Dr. Ignasi Ribas vom Institut d‘Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). In der Tat hat das Projekt die Zahl der uns bekannten Exoplaneten um nahe gelegene kühle Sterne verdoppelt. Dabei wurde fast die Hälfte aller Sterne in der Sonnenumgebung beobachtet, und ein anderer Teil kann nur von der südlichen Hemisphäre aus beobachtet werden. Darüber hinaus liefern die gewonnenen Spektren auch äußerst wertvolle Informationen über die Atmosphären der Sterne und ihrer Planeten.

Das Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen ist für die Verarbeitung der Daten und die Kalibrierung des Instruments verantwortlich. Zur Auswertung der wissenschaftlichen Daten finanziert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die Forschungsgruppe „Blue Planets around Red Stars“, die in Göttingen koordiniert wird. „Die wissenschaftlichen Daten des Carmenes-Projekts liefern Einblick in eine Welt von Planeten, die uns bisher verborgen geblieben ist“, sagt Prof. Dr. Ansgar Reiners, Zweitautor der Studie und Sprecher der DFG-Forschungsgruppe. „Besonders interessieren uns aber auch die Sterne, bei denen sich die Planeten befinden. Neben den Planetenentdeckungen haben wir sehr viel über die Physik der Sterne gelernt, wobei insbesondere die magnetischen Eigenschaften und ihre Auswirkungen auf die mögliche Bewohnbarkeit von Planeten interessant sind.“

Bei der aktuellen Veröffentlichung, an der rund 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von mehr als 30 Forschungszentren beteiligt waren, handelt es sich um den 100. Artikel des Projekts. Das Carmenes-Projekt wird seit 2021 als „Carmenes Legacy-Plus“ fortgesetzt. Die Beobachtungen der Projektverlängerung dauern mindestens bis Ende 2023 an. Weitere Informationen sind unter https://carmenes.caha.es/ zu finden.

Originalveröffentlichung:
Ignasi Ribas et al. The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Guaranteed time observations data release 1 (2016-2020). Astronomy & Astrophysics 2023.

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• Exoplaneten

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Quelle: ESO.

Die Vielseitigkeit von ERIS wird sich für viele Bereiche der astronomischen Forschung eignen, denn sie zielt darauf ab, mit der Nutzung eines einzelnen 8,2-Meter-Teleskops die derzeit schärfsten Bilder zu erlangen. Das geschieht durch den Gebrauch adaptiver Optik, einer Technik, die die verzerrenden Effekte der Erdatmosphäre in Echtzeit korrigiert. ERIS wird mindestens zehn Jahre aktiv sein und soll bedeutungsvolle Beiträge zu einer Vielzahl an astronomischen Themen leisten, die von entfernten Galaxien und schwarzen Löchern bis zu Exoplaneten und Zwergplaneten in unserem eigenen Sonnensystem reichen.

„Wir erwarten nicht nur, dass ERIS seine wissenschaftlichen Hauptziele erfüllt“, erläutert Harald Kuntschner, der ESO-Projektwissenschaftler für ERIS, „sondern dass es aufgrund seiner Vielseitigkeit auch für eine weite Bandbreite anderer wissenschaftlicher Fälle genutzt wird und dabei hoffentlich zu neuen und unerwarteten Ergebnissen führt.“

Die allerersten Testbeobachtungen mit ERIS wurden dieses Jahr im Februar durchgeführt, weitere folgten im August und im November, um die Grenzen des Instruments zu testen. Eine dieser Messungen zeigt den inneren Ring der Galaxie NGC 1097, die sich 45 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Fornax (Chemischer Ofen) befindet. Dieser gas- und staubreiche Ring liegt genau im Zentrum der Galaxie; die hellen Flecken darin sind Stern-Kinderstuben, die hier in beispiellosem Detail gezeigt werden. Das leuchtende Zentrum zeigt das aktive Herz der Galaxie, ein supermassereiches schwarzes Loch, das sich von seiner Umgebung ernährt. Um die Auflösung von ERIS ins Verhältnis zu setzen, zeigt dieses Bild detailliert einen Teil des Himmels, das weniger als 0,03 % der Größe des Vollmondes beträgt.

Am Hauptteleskop 4 des VLT montiert, wird ERIS die Rolle der sehr erfolgreichen NACO– und SINFONI-Instrumente übernehmen und der Einrichtung für das kommende Jahrzehnt einige grundlegende Verbesserungen bringen.

ERIS verfügt über eine hochmoderne Infrarot-Kamera, das Near Infrared Camera System (kurz NIX), das verwendet wurde, um den inneren Ring in NGC 1097 abzubilden. NIX wird eine neue und einzigartige Sicht auf viele verschiedene astronomische Objekte bieten, wie etwa Exoplaneten und die Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne. Es kann eine Koronografie genannte Technik nutzen, die ähnlich wie eine Sonnenfinsternis das Licht von Sternen blockiert und es uns erlaubt, die schwachen Planeten um sie herum zu beobachten.

ERIS verfügt auch über einen 3D-Spektrografen namens SPIFFIER, ein Upgrade von SINFONIs SPIFFI (SPectrometer for Infrared Faint Field Imaging). SPIFFIER sammelt ein Spektrum von jedem einzelnen Pixel in seinem Sichtfeld. Das wird es Astronom*innen erlauben, zum Beispiel die Dynamik entfernter Galaxien in unglaublichen Details zu untersuchen oder die Geschwindigkeiten von Sternen zu messen, die das supermassereiche schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umkreisen, was ein Schlüssel zum Testen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist und zum Verständnis der Physik schwarzer Löcher.

Das Modul der Adaptiven Optik von ERIS ist mit Sensoren ausgestattet, um atmosphärische Turbulenzen im laufenden Betrieb zu analysieren, indem entweder eine echte astronomische Quelle überwacht wird oder ein künstlicher Laser-Leitstern. Es sendet diese Informationen bis zu tausend Mal pro Sekunde zum verformbaren Sekundärspiegel des VLT, der die Unschärfe dann in Echtzeit korrigiert, sodass detailliertere Bilder entstehen.

„ERIS haucht der fundamentalen Bildgebung- und Spektroskopie-Fähigkeit der Adaptiven Optik des VLT neues Leben ein“, ergänzt Ric Davies, Projektleiter des ERIS-Konsortiums und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. „Dank der Bemühungen aller über die Jahre an diesem Projekt Beteiligten können nun viele wissenschaftliche Projekte von der exquisiten Auflösung und Empfindlichkeit profitieren, die das Instrument erreichen kann.“

ERIS wurde zusammen mit der ESO unter der Führung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik von einem Konsortium entworfen und gebaut, zu dem das INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri (Italien) sowie das UK Astronomy Technology Centre, die ETH Zürich und NOVA (Niederlande) gehören.

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• Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile

Der Beitrag Schärfere Infrarot-Augen für das VLT: ERIS sieht erstes Licht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESO.

Die Vielseitigkeit von ERIS eignet sich für viele Bereiche der astronomischen Forschung und soll die schärfsten Bilder liefern, die bisher mit einem einzigen Teleskop der 8,2-Meter-Klasse aufgenommen wurden, sobald es in Betrieb ist. Es wird erwartet, dass ERIS einen großen Beitrag zur Erforschung entfernter Galaxien, des galaktischen Zentrums, unseres Sonnensystems und von Exoplaneten leisten wird.

„Das Ziel von ERIS ist es, mehr Objekte mit einer feineren Bildauflösung und besserer Bildqualität zu sehen“, sagt Harald Kuntschner, Projektwissenschaftler der ESO für das ERIS-Instrument. „Wir werden mit dem Instrument erhebliche Fortschritte machen, insbesondere bei der adaptiven Optik, der spektralen Auflösung und der Abdeckung des nahen Infrarots.“

Die neue, empfindlichere Technologie von ERIS wird die erfolgreichen Instrumente NACO und SINFONI ablösen, die seit Anfang der 2000er Jahre am VLT eingesetzt werden. ERIS soll nach dem ersten Licht für 10 Jahre arbeiten.

ERIS-SPIFFER, Spektrograf

Der Spektrograph von ERIS, genannt ERIS-SPIFFIER, ist eine überarbeitete Version des SPIFFI-Instruments (SPectrometer for Infrared Faint Field Imaging) von SINFONI. ERIS-SPIFFIER ist ein Integralfeldspektrograph, der ähnlich wie SPIFFI arbeitet. Jedes Pixel des Spektrographen ist in der Lage, ein vollständiges Spektrum zu erfassen, d. h. die Intensität jeder vom Instrument gemessenen Wellenlänge. Die gesammelten Daten sind mehrdimensional und enthalten eine Vielzahl von Informationen, die die Astronomen analysieren können. Diese Art von Spektrographen ermöglicht es den Astronomen, die relative Position der einzelnen Teile des Zielobjekts im Raum zu bestimmen. In Verbindung mit der Beobachtungswellenlänge im Infraroten kann diese Art der Spektroskopie den Astronomen zum Beispiel ermöglichen, den Spin, die Struktur und den Inhalt von hochverschobenen Galaxien zu untersuchen. Ein höher auflösendes Gitter auf dem Spektrographen, das zur Aufspaltung des einfallenden Lichts verwendet wird, um ein Spektrum zu erfassen, funktioniert ähnlich wie ein Prisma, das Licht in verschiedene Farben aufspaltet.

„Solche räumlichen Auflösungen hat es mit einem Integralfeldspektrographen noch nicht gegeben“, sagt Kuntschner. „Wir planen, mit dieser Technik räumliche Auflösungen an der Grenze dessen zu erreichen, was ein Teleskop der 8-Meter-Klasse leisten kann.“

ERIS-NIX, Infrarot-Bildaufnehmer

Der Imager auf ERIS ist das Nahinfrarot-Kamerasystem (NIX), die nächste Generation des Infrarot-Imagers für das VLT. Die Astronomen können den Imager in zwei Hauptmodi nutzen. Ein Modus ist die für direkte Aufnahme von astronomischen Objekten. Ein anderer Modus ist die Koronagraphie, eine Beobachtungstechnik, bei der das direkte Licht eines Sterns unterdrückt wird. Mit dieser Technik auf ERIS-NIX können Astronomen Exoplaneten und Gas- und Staubscheiben um junge Sterne beobachten.

ERIS-NIX ist in der Lage, Daten im nahen Infrarotbereich zwischen 3000 und 5000 Nanometern zu sammeln, einem Wellenlängenbereich, der vom Boden aus wegen der überschüssigen Lichtinterferenzen am Himmel besonders schwer zu beobachten ist. ERIS ist damit eines der wenigen bodengebundenen Instrumente mit dieser Wellenlängenabdeckung an einem 8-Meter-Teleskop, und die Beobachtung bei diesen Wellenlängen ermöglicht einen neuen und einzigartigen Blick auf Exoplaneten und Galaxien.

ERIS und die Anlage für adaptive Optik

ERIS ist auch mit einem Modul für adaptive Optik ausgestattet, das mit der 2017 auf Yepun installierten Adaptive Optics Facility (AOF) zusammenarbeitet. Die adaptive Optik korrigiert in Echtzeit atmosphärische Turbulenzen, die das Sternenlicht verzerren, um eine wesentlich schärfere Bildqualität zu ermöglichen, und ist ein wichtiger Bestandteil moderner bodengebundener astronomischer Beobachtungen. Die AOF-Funktionen in Verbindung mit dem Modul ermöglichen es ERIS, die schärfsten Daten zu erfassen, die mit dem Instrument möglich sind, und einen größeren Teil des Himmels abzudecken als frühere VLT-Instrumente.

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• Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile

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Quelle: Universität Göttingen 26. Oktober 2022.

Seit 25 Jahren ist die Universität Göttingen Mitbetreiber eines der größten Teleskope der Welt

Seit 25 Jahren fängt das Hobby-Eberly-Teleskop (HET) am McDonald-Observatorium in West-Texas das Licht von Sternen und fernen Galaxien ein und hilft Astronomen, die Rätsel des Kosmos zu entschlüsseln. Sein Hauptspiegel hat einen Durchmesser von elf Metern; damit zählt es zu den größten optischen Teleskopen der Welt. Die Universität Göttingen ist einer der vier Betreiber, zu denen auch die University of Texas in Austin, die Penn State University (beide USA) sowie die Ludwig-Maximilians-Universität München gehören. Über die Göttinger Beteiligung ist das HET eine wissenschaftliche Außenstelle des Landes Niedersachsen.

Das HET-Projekt führt zu Entdeckungen, an denen auch Göttinger Astrophysiker beteiligt sind. Ein Beispiel ist die Erforschung der sogenannten dunklen Energie. Durch seine Ausrichtung erfasst das Teleskop den kosmischen Fingerabdruck des Lichts von 2,5 Millionen Galaxien. Mithilfe eines speziellen Spektografen erhalten die Astronomen ein Lichtspektrum von allen Objekten im Gesichtsfeld des Teleskops. Dadurch lässt sich eine dreidimensionale Karte des Kosmos erstellen, die helfen soll zu erklären, wie und warum sich die Expansion des Universums im Laufe der Zeit von Milliarden von Jahren beschleunigt. „Im Projekt ,Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX)‘ sind nicht nur die vier universitären Partner beteiligt, sondern zusätzlich Dutzende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener Einrichtungen auf der ganzen Welt“, so Prof. Dr. Jens Niemeyer vom Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen.

Das HET spielt auch eine wichtige Rolle bei der Suche nach erdgroßen Planeten, welche um sonnenähnliche Sterne kreisen. Der sogenannte „Habitable-Zone-Planet-Finder (HPF)“ zielt darauf ab, Exoplaneten zu finden, die in bewohnbaren Zonen liegen und die auf ihrer Oberfläche flüssiges Wasser tragen können. „Mit dem HPF können wir außerhalb des Sonnensystems gezielt nach Planeten suchen, die unserer Erde sehr ähnlich sind“, sagt der Göttinger Astrophysiker Prof. Dr. Ansgar Reiners, der Mitglied im HET-Vorstand ist. „Diese Information ist zentral für unser Verständnis der Entstehung der Erde und der Planeten.“

Mehr als 220 Millionen Lichtjahre entfernt hat das HET zudem die Masse eines riesigen Schwarzen Lochs in der Galaxie NGC 1277 ermittelt und gemessen. Mithilfe von Zeitreihenmessungen konnten die Massen weiterer supermassiver Schwarzer Löcher in den Zentren von entfernten aktiven Galaxien, den sogenannten Quasaren, extrem genau bestimmt werden. „Es wurden Schwarze Löcher mit bis zu 100 Millionen Sonnenmassen in den Tiefen des Universums entdeckt“, fügt der Göttinger Astrophysiker Prof. Dr. Wolfram Kollatschny hinzu. Die Untersuchungen sollen Aufschluss darüber geben, wie Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien entstehen und sich auf kosmischen Zeitskalen entwickeln.

Und es waren HET-Forschende, die das weltweit beachtete Rätsel um die Supernova 2014C lösten: Sie maßen Schwankungen in der Helligkeit und im Spektrum des sterbenden Sterns und entwickelten ein Modell, das zeigte, dass der Stern nicht kugelförmig nach außen explodierte. Während des Ereignisses verschmolz das Gas von 2014C, der Teil eines Doppelsternsystems ist, mit seinem Nachbarn und teilte die Gashülle in der expandierenden Scheibe. Als der eine Stern explodierte, kollidierte er mit der gasförmigen Grenzschicht und rutschte daran entlang.

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• Hobby-Eberly-Teleskop (HET)

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Quelle: AIP.

7. April 2022 // Frische Lieferung aus Lyon: Der erste von drei Spektrographen für 4MOST, ein neues innovatives Instrument für Himmelsdurchmusterungen, das unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) gebaut wird, ist auf dem Campus des Instituts in Potsdam-Babelsberg angekommen. Nur eine Woche nach seiner Ankunft hat der niedrig auflösende Spektrograph nun ein erstes Spektrum nach dem Wiederzusammenbau aufgenommen.

4MOST, das 4-Meter-Multi-Object Spectroscopic Telescope für das VISTA-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) am Paranal in Chile, besteht aus drei Spektrographen, die gleichzeitig die Spektren von 2400 Sternen und Galaxien messen werden. Nach der Fertigstellung in den Partnerinstituten des AIP treten alle drei den Weg nach Potsdam an, damit Mitarbeitende dort das System testen und validieren können. Zwei sind identische niedrig auflösende Spektrographen, der dritte ein hochauflösender Spektrograph. Jeder der drei Spektrographen wird jeweils über 800 Fasern mit Licht aus dem Teleskop versorgt und besitzt drei Arme in fester Konfiguration, die jeweils dem blauen, grünen und roten Teil des optischen Spektrums entsprechen. Jeder Arm wiederum ist mit einem CCD-Detektor mit 36 Megapixeln ausgestattet. Die niedrig auflösenden Spektrographen werden eine kontinuierliche Wellenlängenabdeckung vom sichtbaren Licht bis zum nahen Infrarot bieten.

Das 4MOST-Partnerinstitut Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL) in Lyon, Frankreich, stellte im Dezember 2021 den ersten der drei Spektrographen fertig. Nach den Abnahmetests wurde er demontiert und verpackt, um den Versand zum AIP vorzubereiten. Vier Lastwagen transportierten ihn am 29. März 2022 zum Babelsberger Campus des AIP. Ein Team von fünf Kolleginnen und Kollegen des CRAL, unterstützt durch das lokale 4MOST-Integrationsteam und zwei Mitarbeitende des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, packte den Spektrographen aus. Nach der Remontage erblickte der Spektrograph nun in Potsdam sein „erstes Licht“.

„Die Lieferung und das ‚erste Licht‘ des ersten niedrig auflösenden Spektrographen ist ein wichtiger Meilenstein für das 4MOST-Projekt“, betont 4MOST-Projektleiter Joar Brynnel. „Wir haben den Erhalt dieser wichtigen Komponente freudig begrüßt und freuen uns nun auf ihren Wiedereinbau in der Integrationshalle des AIP.“ Die beiden verbleibenden Spektrographen sollen im August und Oktober 2022 geliefert werden.

Alban Remillieux, Projektleiter für den niedrig auflösenden Spektrographen von CRAL, fügt hinzu: „Die Reintegration des ersten Spektrographen am AIP verlief ziemlich reibungslos. Dieser Erfolg war möglich dank eines gut gesicherten Transports, was den Wiederzusammenbau erheblich erleichterte, und der wertvollen Unterstützung des lokalen 4MOST-Integrationsteams am AIP, welche die Effizienz und Zuverlässigkeit des CRAL-Teams während der Reintegration verbesserte.“

Das 4MOST-Konsortium besteht aus 17 Instituten in Deutschland, Australien, Frankreich, den Niederlanden, Schweden, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich und wird vom AIP geleitet. 4MOST wird am VISTA-Teleskop der ESO am Paranal in Chile montiert. Das Design von 4MOST ermöglicht es, in fünfjährigen Durchmusterungen Dutzende von Millionen von Spektren zu sammeln, selbst für Ziele, die über einen großen Teil des Himmels verteilt sind. Das Instrument wird auch über eine ausreichende Wellenlängenabdeckung verfügen, um die Geschwindigkeiten von extragalaktischen Objekten über einen großen Rotverschiebungsbereich zu erfassen und so Messungen der Entwicklung von Galaxien und der Struktur des Kosmos zu ermöglichen. Mit diesem außergewöhnlichen Instrument lassen sich viele wissenschaftliche Ziele verwirklichen, aber das Design ist vor allem darauf ausgerichtet, die Himmelsbeobachtungen der drei wichtigen weltraumgestützten Observatorien von vorrangigem europäischem Interesse zu ergänzen: Gaia, EUCLID und eROSITA.

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• VISTA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie.

21. Dezember 2021 – Wenn voraussichtlich am 24. Dezember 2021 das Weltraumteleskop James Webb zu seiner Mission ins All aufbricht, werden am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg entwickelte und gebaute Elemente mit an Bord sein. Darunter befindet sich ein Filterrad, das die MIRI-Kamera des Webb-Teleskops erst zu einem wissenschaftlichen Instrument macht, mit dem Astronominnen und Astronomen einige der drängendsten Fragen der Weltraumforschung beantworten wollen. Dieser Beitrag ist ein Baustein, der auch in Zukunft den Platz des MPIA in der Weltspitze der astronomischen Forschung sichern hilft.

Am 24. Dezember 2021 soll nach Jahrzehnten der Planung, Entwicklung und des Baus sowie mehreren Verzögerungen das Weltraumteleskop James Webb (JWST) mit einer Ariane 5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana ins All starten. Für zwei der an Bord befindlichen Messinstrumente hat das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg mehrere zentrale technische Komponenten beigetragen.

Das MPIA ist einer der Hauptpartner im europäischen Konsortium für MIRI (Mittel-InfraRot-Instrument). In dieser Rolle entwickelten Ingenieurinnen und Ingenieure des MPIA mit Unterstützung der Firma Hensoldt in Oberkochen unter anderem ein Filterrad für die MIRI-Kamera sowie zwei Gitterräder für den MIRI-Spektrografen. „Mit eigenen technischen Abteilungen wie Labors, einem Konstruktionsbüro sowie Werkstätten für Elektronik und Präzisionsmechanik hat das MPIA seit Jahrzehnten Erfahrung beim Bau von Messgeräten für Satelliten gesammelt. Diese Expertise war nun auch bei der Entwicklung dieser anspruchsvollen Komponenten für das JWST entscheidend“, erläutert Oliver Krause, Leiter der Forschungsgruppe für Infrarot-Weltraumastronomie am MPIA und Hauptverantwortlicher für die technischen Beiträge des Instituts.

Darüber hinaus ist das MPIA in dem MIRI-Konsortium federführend bei der Entwicklung des elektrischen Systems des MIRI-Instruments. MIRI wird im Bereich des infraroten Lichtspektrums arbeiten, der Wellenlängen zwischen fünf und 28 Mikrometern umfasst. MIRI ist dabei so empfindlich, dass es eine Kerze auf einem der Jupitermonde nachweisen könnte.

Weiterhin ist das MPIA an der Entwicklung eines Filter- und eines Gitterrads für das Instrument NIRSpec (NahInfraRot-Spectrograph) beteiligt. NIRSpec deckt einen Spektralbereich zwischen 0,6 und fünf Mikrometern ab.

Alle diese Kryomechanismen, also bewegliche Teile, die unter extremer Kälte betrieben werden, müssen Temperaturen bis hinunter zu -266 °C aushalten, die durch zusätzliche Kühlgeräte erreicht werden. Unter diesen Bedingungen würden herkömmliche Werk- und Schmierstoffe nicht funktionieren. Die Mechanismen müssen präzise, dauerhaft und vor allem wartungsfrei arbeiten. „Denn Reparaturflüge wie zu Beginn des Betriebs des Weltraumteleskops Hubble sind beim JWST nicht möglich, da es nicht in einer Erdumlaufbahn arbeitet, sondern in 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde betrieben wird“, sagt Thomas Henning, geschäftsführender Direktor des MPIA.

Die instrumentellen Hardware-Beiträge des MPIA und seiner industriellen Auftragnehmer zu diesen beiden JWST-Instrumenten wurden bereits in den Jahren 2012/2013 erfolgreich an die NASA geliefert. Seit damals mussten sich die Instrumente einer Reihe von strengen Testkampagnen unterziehen. Das JWST-Team des MPIA war maßgeblich an der Vorbereitung, Durchführung und Auswertung dieser Tests bei der NASA in den USA beteiligt. Außerdem ist das MPIA-Team intensiv in die Entwicklung der zukünftigen Datenverarbeitungssoftware für das MIRI-Instrument eingebunden.

Für die technischen Beiträge erhalten die beteiligten Forschungsinstitute als Gegenleistung sogenannte GT-Programme (Guaranteed Time = garantierte Beobachtungszeit). Hier ist das MPIA, auch teilweise in leitender Funktion, intensiv beteiligt. Darüber hinaus konnten sich Astronominnen und Astronomen des MPIA einen großen Anteil an der Beobachtungszeit sichern, die allen Forschenden offensteht. Nur die besten Programme setzen sich im Rahmen einer Begutachtung im Wettbewerb um die knappe Ressource Zeit durch.

Als Co-Investigator des MIRI-Instruments leitet Henning eines der großen Wissenschaftsprojekte mit diesem Instrument. Er erläutert: „Wir wollen herausfinden, welches Baumaterial Planeten in ihren Geburtsstätten, den Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne, vorfinden. Dazu werden wir mit dem MIRI-Spektrografen die chemische Zusammensetzung des Gases und der Staubteilchen aufklären.“ Einige Astronominnen und Astronomen sind von den USA zum MPIA gewechselt, um dort mit dem JWST weltweite Spitzenforschung zu betreiben.

Das Weltraumteleskop James Webb, das unter der Federführung der NASA bereits seit 1996 entwickelt wurde, gilt bezüglich der zu erwartenden Erkenntnisse als der Nachfolger des Weltraumteleskops Hubble, das bereits seit über 30 Jahren beeindruckende Bilder wie auch bahnbrechende Entdeckungen liefert. Die Erwartungen an das JWST sind entsprechend hoch.

Hintergrundinformationen
Das MIRI-Konsortium besteht aus den ESA-Mitgliedsstaaten Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Irland, den Niederlanden, Schweden, der Schweiz, Spanien und dem Vereinigten Königreich. JWST ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der ESA und der kanadischen Raumfahrtagentur CSA. Der Start des JWST ist für den 22. Dezember 2021 vorgesehen.

Die Arbeit des Konsortiums wird von den nationalen Wissenschaftsorganisationen finanziert; in Deutschland von der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die beteiligten deutschen Institutionen sind das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, die Universität Köln, und Hensoldt AG in Oberkochen, ehemals Carl Zeiss Optronics.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: Universität Wien.

Wien, 17. Dezember 2021 – Nach dem geplanten Start vom Guiana Space Centre am 24. Dezember 2021 hat das James Webb Space Telescope eine Reise von 1,5 Millionen Kilometern vor sich, eine Strecke etwa vier Mal so lang wie die Distanz Erde-Mond. Etwas außerhalb der Erdbahn wird das Teleskop um die Sonne kreisen. Das Teleskop ist nicht etwa in einem Rohr eingeschlossen, sondern fliegt frei durch den Weltraum. Es steht dabei auf einem 21 Meter großen Sonnenschild, das das Teleskop vor direkter Sonneneinstrahlung schützen soll. Schon jetzt wird das Webb als die kosmische Sternwarte der nächsten Generation bezeichnet und löst damit das 1990 gestartete Hubble-Teleskop ab, das einen Spiegeldurchmesser von 2,4 Metern hat. Die Entwicklung und Konstruktion des Weltraumteleskops dauerten über 30 Jahre. Die internationalen Weltraumorganisationen NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) und die Canadian Space Agency arbeiteten dabei zusammen.

An Bord hat das Teleskop einige Instrumente wie Kameras und Spektrographen für Beobachtungen und Messungen. Bei der Entwicklung von MIRI (Mid Infrared Instrument), einer abbildenden Kamera und Spektrometer in einem, ist Manuel Güdel, Leiter des Instituts für Astrophysik an der Universität Wien, seit 2003 federführend beteiligt. MIRI kann die Wärmestrahlung von Gas und mikroskopisch kleinem Staub aufnehmen und ist damit das zentrale Instrument, um Moleküle, Chemie und die Zusammensetzung von feinstem Staub im Universum zu untersuchen. Im Fokus dabei steht an der Universität Wien besonders die Erforschung von Exoplaneten und protostellaren Scheiben um junge Sterne, in denen Planeten entstehen. Das Observatorium wird auch andere hochkarätige astrophysikalische Forschungsaktivitäten unterstützen, wir zum Beispiel die Suche nach den ersten Galaxien des Universums.

Suche nach erdähnlichen Atmosphären
„Die Spektrographen von MIRI werden umfassende Spektren von Planetenatmosphären aufnehmen, die in dieser Qualität noch nie aufgezeichnet worden sind“, berichtet Güdel. Auf Grund von sogenannten „Spektrallinien“, die als Abschwächungen an bestimmten Wellenlängen auftreten, kann dieses Teleskop damit die Zusammensetzung der Planetenatmosphären bestimmen, den Schlüssel zum Verständnis der Umgebungsbedingungen auf einem Exoplaneten. Dazu gehört auch die Frage, ob bei erdähnlichen Planeten Atmosphären wie die der Erde oder alternative Atmosphären wie die der Venus gefunden werden.

„Mit umfangreichen Modellrechnungen kann man diese Spektren weiter modellieren und so auch andere physikalische Eigenschaften der Atmosphären bestimmen. Damit trägt Webb in zuvor nicht möglicher Tiefe zur Charakterisierung von Exoplaneten bei“, erklärt Güdel: „Unser Ziel wird es sein, besser zu verstehen, wie es im Universum überhaupt zu lebensfreundlichen Planeten wie der Erde kommen kann“.

Untersuchung der Planetenentstehung
Ein weiterer Untersuchungspunkt sind sogenannte protoplanetare Scheiben, das sind riesige Gasscheiben von der Größe eines ganzen Sonnensystems, die sich während der Entstehung eines Sterns formen und um den Stern kreisen. In diesen Scheiben spielt sich der Aufbau von Molekülen ab, aber auch die gesamte Planetenentstehung vom Staub bis zum erdähnlichen oder jupiterähnlichen Planeten. Die Scheiben verschwinden nach einigen Millionen Jahren wieder und hinterlassen im Idealfall ein ganzes Planetensystem.

„MIRI ist besonders gut geeignet, um die Scheiben chemisch zu untersuchen, aber auch die festen Bestandteile wie mikroskopisch kleinen „Staub“ zu erforschen. Mit entsprechenden Modellen kann man den Aufbau von diesen Scheiben und dadurch ihre Rolle in der Planetenentstehung erforschen“, sagt der Astrophysiker. Die räumliche Auflösung von MIRI erlaubt auch das Studium der Struktur der Scheiben sowie Aussagen über ihre Evolution. Selbst aus den letzten Stadien der Planetensystementstehung wird Webb neue Erkenntnisse gewinnen können: Nachdem die Planeten und Kleinplaneten gewachsen sind, werden noch zahlreiche Kollisionen zwischen ihnen neue Trümmer produzieren. Auch auf diesem Gebiet wird die Forschungsgruppe an der Universität Wien mit bisher unerreichten Webb-Beobachtungen Neuland betreten.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: Universität Hamburg.

Die Universität Hamburg erhält von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) rund 500.000 Euro für einen Spektrografen und fördert dessen Anschaffung mit weiteren 500.000 Euro. Das Gerät ist für ein astronomisches Instrument in Chile bestimmt, mit dem zukünftig sogenannte Galaxiendurchmusterungen durchgeführt werden, die Millionen von Galaxien erfassen und mögliche Eigenschaften Dunkler Materie eingrenzen können.

In früheren Zeiten konnten sich Astronominnen und Astronomen jahrelang ausschließlich auf ein bestimmtes Himmelsobjekt konzentrieren. Heute können zusätzlich mit Himmelsdurchmusterungen – einer Art Inventur des Universums – Millionen von astronomischen Objekten erfasst und untersucht werden.

Möglich wird das durch Geräte wie den Multi-Objekt-Spektrograf „4MOST“, der am Paranal Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO) im Norden Chiles an dem mehr als vier Meter großen Teleskop VISTA installiert wird. Im Gegensatz zu bisherigen Modellen kann „4MOST“ die Spektren von Tausenden Himmelsobjekten gleichzeitig erfassen, da deren Licht über spezielle optische Fasern an gleich drei Spektrografen weitergeleitet wird. Einer von ihnen wird durch die DFG-Förderung von 500.000 Euro und weitere 500.000 Euro von der Universität Hamburg finanziert.

Mit den Spektrografen wird das aufgenommene Licht der Himmelskörper in die einzelnen Spektralfarben zerlegt und die Intensität des Lichts bei unterschiedlichen Wellenlängen untersucht. Diese Informationen lassen Rückschlüsse auf die genaue Position astronomischer Objekte am Himmel zu sowie auf viele Eigenschaften, zum Beispiel die dort herrschende Temperatur oder die chemische Zusammensetzung.

„Der jetzt bewilligte Spektrograf stellt den Anteil der Universität Hamburg für 4MOST dar“, sagt Prof. Dr. Jochen Liske vom Fachbereich Physik der Universität Hamburg. „Er ist identisch mit einem der anderen zwei Geräte. Durch die parallele Arbeit verdoppelt sich die Anzahl von Objekten, die gleichzeitig beobachtet werden können, und somit die Geschwindigkeit, mit der eine Durchmusterung durchgeführt werden kann. Ohne diesen Geschwindigkeitsvorteil wäre die Bearbeitung unserer Fragestellungen nicht möglich, da sie viel zu lange dauern würde.“ Ab dem Jahr 2022 kann Liske zusammen mit einem internationalen Team aus 15 verschiedenen Einrichtungen 4MOST nutzen, um mehr als 1,7 Millionen Galaxien zu untersuchen.

Das Team ist dabei nicht nur an der Frage interessiert, wie Galaxien entstehen, sondern auch an den Eigenschaften von Dunkler Materie – einem unsichtbaren Stoff, der u. a. die Galaxien zusammenhält. Daher ist das Projekt an der Universität Hamburg in den Exzellenzcluster „Quantum Universe“ eingebettet, der sich mit den grundlegenden Fragestellungen rund um den Ursprung, die Geschichte und die Zusammensetzung des Universums beschäftigt. Ein großes Forschungsthema von „Quantum Universe“ ist die Suche nach Dunkler Materie.

„Bei der Durchmusterung von Galaxien kann die Masse von Galaxiehaufen und -gruppen bestimmt werden. Wenn wir sehr viele Galaxien vermessen, können aus der Verteilung der Masse von Galaxiegruppen Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Dunklen Materie gezogen werden. Diese Erkenntnisse können dann andere Forschende verwenden, um ihre eigene Suche nach Dunkler Materie einzugrenzen“, sagt Liske.

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Quelle: Universität Bern.

Exoplaneten sind Planeten, die ausserhalb unseres Sonnensystems um andere Sterne als die Sonne kreisen. Seit der ersten Entdeckung Mitte der 90er-Jahre wurden weit über 3’000 Exoplaneten aufgespürt. Viele dieser Exoplaneten sind im Vergleich zu den Planeten in unserem Sonnensystem extrem: Es handelt sich um Gasriesen, die sehr nah um ihren Wirtssternen kreisen, manchmal innerhalb von wenigen Tagen. Solche Planeten gibt es in unserem Sonnensystem nicht, und ihre Existenz hat Vorhersagen darüber, wie und warum Planeten entstehen, widerlegt. In den letzten 20 Jahren haben Astronominnen und Astronomen aus der ganzen Welt Exoplaneten erforscht, um zu verstehen, wie diese entstanden sind, aus welchem Material sie zusammengesetzt sind und wie ihr Klima ist.

Ein extremer Gasriese
KELT-9 ist ein Stern, der sich 650 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Cygnus (Schwan) befindet. Sein Exoplanet KELT-9b ist der bislang extremste dieser sogenannten «heissen Jupiter», weil er sehr eng um seinen Stern kreist, der fast doppelt so heiss ist wie die Sonne. Seine Atmosphäre erreicht dadurch eine Temperatur von etwa 4’000 °C. Bei dieser Hitze werden alle Elemente fast vollständig verdampft und Moleküle werden in ihre Atome zerlegt. Das bedeutet, dass die Atmosphäre von KELT-9b keine Wolken oder Aerosole enthält, der Himmel klar und meist durchlässig für das Licht seines Sterns ist.

Die Atome in der Atmosphäre des Exoplaneten absorbieren jeweils einen Teil des Lichts des Sterns. Jedes Atom hat so einen einzigartigen «Fingerabdruck» der Farben, die es absorbiert. Diese Fingerabdrücke können mit einem empfindlichen Spektrographen gemessen werden, der auf einem grossen Teleskop montiert ist. Daraus können Astronominnen und Astromnomen die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre von Exoplaneten ableiten, auch wenn sie viele Lichtjahre entfernt sind.

Fundgrube Exoplanet

Bereits im August 2018 machte ein Team von Forschenden des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS der Universitäten Bern und Genf mit dieser Technik eine interessante Entdeckung: «Wir benutzten den HARPS-North Spektrografen auf dem italienischen Telescopio Nazionale Galileo auf der Insel La Palma. Damals fanden wir Eisen- und Titanatome in der heissen Atmosphäre von KELT-9 b», erklärt Kevin Heng, Direktor und Professor am Center for Space and Habitabilty (CSH) an der Universität Bern und Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS. Das Team beobachtete das KELT-9-System ein zweites Mal, mit dem Ziel, die bisherigen Erkenntnisse zu bestätigen, aber auch um nach zusätzlichen Elementen zu suchen. Die Forschenden untersuchten die Daten nach 73 Atomen, darunter auch seltene Erden. Diese Metalle kommen auf der Erde nur selten vor und werden in modernen Materialien und Geräten eingesetzt. Jens Hoeijmakers, Erstautor der nun im Journal Astronomy & Astrophysics publizierten Studie und Postdoc am CSH sowie am Astronomy Department der Universität Genf, sagt: «Wir gingen davon aus, dass das Spektrum dieses Planeten eine Fundgrube sein könnte. Wir hofften, Elemente zu finden, die bisher noch nie in der Atmosphäre eines Exoplaneten beobachtet worden waren.»

Tatsächlich fanden die Forschenden starke Signale von verdampftem Natrium, Magnesium, Chrom und der seltenen Erden Scandium und Yttrium im Spektrum des Planeten – wobei die letzten drei noch nie zuvor in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachgewiesen worden sind. «Wir können aufgrund unserer Analysen nun auch abschätzen, in welcher Höhe in der Atmosphäre des Planeten die Atome das Licht absorbieren», sagt Jens Hoeijmakers. Zudem wisse man nun mehr über die Winde hoch in der Atmosphäre, die Atome von einer Hemisphäre zur anderen blasen.

«Wir möchten mit dieser Technik noch viel mehr über die Atmosphäre dieses Exoplaneten aber auch anderer Planeten erfahren, die ähnlich hohe Temperaturen aufweisen wie KELT-9 b», so Jens Hoeijmakers. Kevin Heng ergänzt: «Die Chancen stehen gut, dass wir mit derselben Technik dereinst sogenannte Biosignaturen, also Anzeichen für Leben, auf einem Exoplaneten finden werden. Letztendlich wollen wir mit unserer Forschung die Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems sowie den Ursprung des Lebens ergründen.»

Publikationsdetails:

• H. J. Hoeijmakers, D. Ehrenreich, D. Kitzmann et al.: A spectral survey of an ultra-hot Jupiter. Detection of metals in the transmission spectrum of KELT-9 b. Astronomy & Astrophysics, preprint available on arXiv.org.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO, Gemini Observatory.

Durch Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) am Paranal-Observatorium in den chilenischen Anden, dem ebenfalls in Chile befindlichen Gemini South-Teleskop und dem Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) auf Hawaii ist es einem internationalen Astronomenteam gelungen, eine neue Galaxienklasse zu identifizieren. Aufgrund ihres ungewöhnlichen Aussehens wurden diese Galaxien mit dem Spitznamen „Grüne-Bohnen-Galaxien“ versehen.

Die von diesen Galaxien ausgehende Leuchtkraft wird durch eine intensive Strahlung verursacht, welche aus der Umgebung gigantischer Schwarzer Löcher in deren Zentren hervorgeht. Die von diesen Quasaren erzeugte große Helligkeit macht sie quasi zu „kosmischen Leuchtfeuern“, deren nähere Untersuchung es den Astronomen und Astrophysikern ermöglicht, die Anfänge der Entstehungsgeschichte unseres Universums und die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien näher zu analysieren und zu interpretieren.

Der Astronom Dr. Mischa Schirmer untersuchte im Rahmen seiner Arbeit am Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn eine Vielzahl langbelichteter Aufnahmen des Universums auf der Suche nach Galaxienhaufen. Dabei erregte ein Objekt, welches er auf einer Aufnahme des Canada-France-Hawaii Telescope entdeckte, seine Aufmerksamkeit. Es sah zwar aus wie eine Galaxie, aber es erschien dabei in ungewöhnlich grünen Farbtönen.

„Es ähnelte keiner der Galaxien, die ich je zuvor gesehen hatte – ein komplett unerwarteter Fund“, so Dr. Schirmer über seine Entdeckung. Er bewarb sich daraufhin umgehend um eine Beobachtungszeit am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO, um herauszufinden, woher dieses ungewöhnliche grüne Leuchten stammt und welche Prozesse es verursachen.

„Die ESO gewährte mir kurzfristig Sonder-Beobachtungszeit, und so wurde dieses bizarre Objekt bereits wenige Tage, nachdem ich den Antrag eingereicht hatte, mit dem VLT beobachtet“, so Dr. Schirmer, der mittlerweile am Gemini South-Teleskop in Chile tätig ist. „Zehn Minuten, nachdem die Daten in Chile aufgenommen worden waren, hatte ich sie dann auch schon auf meinem Computer in Deutschland. Mir wurde sofort klar, dass ich etwas völlig neuartiges vor mir hatte, und sofort rückte dieses Objekt ins Zentrum meines wissenschaftlichen Interesses.“

Für die Beobachtung wurde der leistungsstarke Spektrograf „X-Shooter“ des VLT eingesetzt. Durch die Zerlegung des Lichts in seine einzelnen Farbbestandteile konnte die Zusammensetzung des leuchtenden Materials und den Grund für seine große Helligkeit ermittelt werden. Das neu entdeckte Objekt trägt die wissenschaftliche Bezeichnung J224024.1−092748 – oder kurz J2240. Es befindet sich im Sternbild Wassermann (lateinischer Name „Aquarius“) und sein Licht hat rund 3,7 Milliarden Jahre benötigt, um die Erde zu erreichen.

Nach der Entdeckung der Galaxie J2240 durchforstete ein von Dr. Schirmer geleitetes Wissenschaftler-Team die Online-Datenbank des Sloan Digital Sky Surveys (SDSS), in der mittlerweile die Positionsdaten und Spektren von rund 930.000 Millionen Galaxien enthalten sind. Bei ihren Auswertungen stießen die Astronomen auf 16 weitere Objekte mit ähnlichen Eigenschaften, welche dann im Rahmen von anschließend erfolgenden Nachbeobachtungen mit dem Gemini South-Teleskop tatsächlich ebenfalls als „Grüne-Bohnen-Galaxien“ bestätigt werden konnten. Diese Objekte treten in dem uns bekannten Universum so selten auf, dass durchschnittlich nur eines von ihnen in einem gedachten Würfel mit einer Kantenlänge von 1,3 Milliarden Lichtjahren existiert.

Der Spitzname „Grüne-Bohnen-Galaxien“ wurde von ihrer Farbe und der Tatsache abgeleitet, dass diese kosmischen Objekte oberflächlich betrachtet den sogenannten „Grüne-Erbsen-Galaxien“ ähneln. Hierbei handelt es sich um kleine, aber relativ leuchtkräftige Galaxien, in denen starke Sternentstehungsprozesse ablaufen. Sie wurden im Jahr 2007 von Teilnehmern des astronomischen Citizen Science-Projektes Galaxy Zoo entdeckt. Anders als die „Grüne-Bohnen-Galaxien“ fallen sie allerdings sehr klein aus. Unsere Milchstraße enthält in etwa so viel Masse wie rund 200 durchschnittliche „Grüne-Erbsen-Galaxien“ zusammen. Die Ähnlichkeiten zwischen ihnen und der nun neu entdeckten Galaxienklasse beschränken sich somit anscheinend lediglich auf das Aussehen.

Woher stammt jedoch die ungewöhnliche Farbe der jetzt neu entdeckten Galaxienklasse?

Viele der bisher von Astronomen untersuchten Galaxien verfügen in ihren Zentren über ein supermassereiches Schwarzes Loch. Die dadurch verursachten energiereichen Prozesse ionisieren das in der unmittelbaren Umgebung dieser Schwarzen Löcher befindliche interstellare Gas. Die im Rahmen dieses Ionisationsprozesses zum Leuchten angeregten Regionen fallen im Vergleich zum Rest der Galaxie typischerweise klein aus und nehmen selten mehr als 10 Prozent ihres Durchmessers ein.

Bei J2240 und den anderen „Grüne-Bohnen-Galaxien“, welche das Team entdeckt hat, zeigten die Beobachtungen jedoch, dass der zum Leuchten angeregte Bereich geradezu gigantisch ausfällt und sich nicht nur über den jeweiligen Zentralbereich sondern quasi über die gesamte Galaxie erstreckt. Im Fall von J2240 handelt es sich um eine der größten und hellsten derartigen Regionen, die jemals entdeckt wurden. Das von J2240 ausgehende intensive „grüne Leuchten“, welches die Aufmerksamkeit von Dr. Schirmer erweckt hat, stammt von ionisiertem Sauerstoff.

„Diese leuchtenden Regionen sind sehr gut dazu geeignet, um die Physik von Galaxien zu untersuchen. In gewisser Weise ist es so, als könne man ein Fieberthermometer in ein unfassbar weit entferntes Objekt stecken“, so Dr. Schirmer weiter. „Normalerweise sind derartige Regionen weder sehr groß noch sehr hell, so dass wir sie nur bei relativ nahen Galaxien gut beobachten können. Bei den nun neu entdeckten Galaxien sind sie aber so ausgedehnt und leuchtkräftig, dass wir sie trotz ihrer großen Entfernung detailliert untersuchen können.“

Das Schwarze Loch „schwächelt“
Weiterführende Auswertungen der Beobachtungsdaten zeigten, dass das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum von J2240 anscheinend viel weniger aktiv ist, als aufgrund der Größe und Helligkeit der leuchtenden Region eigentlich zu erwarten wäre. Das Astronomenteam von Dr. Schirmer geht deshalb davon aus, dass es sich bei dem erzeugten Leuchten um das „Echo“ einer mittlerweile nachlassenden aktiveren Phase des Schwarzen Lochs handelt. In diesem Fall sollten die leuchtenden Regionen im Laufe der Zeit nach und nach an Intensität verlieren, während die Strahlung sie durchquert und die Galaxie schließlich verlässt.

Bei vielen aktiven Galaxien wird der Blick auf die darin befindlichen zentralen Schwarzen Löcher durch die sie umgebenden großen Staubmengen versperrt. Eine direkte Beobachtung der Aktivität dieser Schwarzen Löcher ist daher relativ schwierig. Um zu überprüfen, ob sich die „Grüne-Bohnen-Galaxien“ wirklich von anderen Galaxien mit verdeckten Zentralbereichen unterscheiden, verwendeten die Astronomen Daten aus dem infraroten Spektralbereich, also von Licht mit einer größeren Wellenlänge, das selbst dichte Staubwolken durchdringen kann. Die Zentralbereiche von J2240 und den anderen Grüne-Bohnen-Galaxien stellten sich dabei als viel weniger leuchtkräftig heraus, als die Wissenschaftler erwartet hatten. Dies, so die Schlussfolgerung der Astronomen, bedeutet, dass die Aktivität des Galaxienkerns wirklich viel geringer ist, als man anhand der Helligkeit der großen leuchtenden Regionen vermuten würde.

Das Aussehen der „Grüne-Bohnen-Galaxien“ ist somit das Resultat eines gerade verlöschenden aktiven Galaxienkerns und markiert damit eine lediglich sehr kurz andauernde Phase in der Entwicklungsgeschichte einer Galaxie. Im frühen Universum waren Galaxien allgemein viel aktiver als heute. Massereiche Schwarze Löcher bildeten sich in ihren Zentren und verschluckten Sterne und Gas aus der unmittelbaren Umgebung. Die dadurch erzeugte Leuchtkraft war oft mehr als hundertmal so groß wie die Helligkeit aller Sterne in der Galaxie zusammen. Lichtechos, wie sie jetzt bei J2240 entdeckt wurden, ermöglichen es den Astronomen, den „Abschaltprozess“ der zuvor noch aktiven Galaxienzentren eingehender zu untersuchen.

Wie erlangten die in den Kernbereichen von Galaxien befindlichen supermassiven Schwarzen Löcher ihre jetzige Masse und wie schnell kam dieser Prozess zum Erliegen? Durch die Beantwortung dieser Fragestellung wird es im Rahmen zukünftiger Forschungsarbeiten vielleicht möglich sein herauszufinden wie, wann und warum die Aktivität eines Galaxienkerns aufhört und warum die Astronomen bei jüngeren Galaxien lediglich eine deutlich geringere Aktivität feststellen können.

Genau in dieser Richtung, so die Planungen des Teams um Dr. Schirmer, soll im Rahmen zukünftiger Untersuchungen mittels Beobachtungen im Röntgenbereich und durch zusätzliche spektrografische Analysen weiter geforscht werden.

„Für einen Astronomen wird mit der Entdeckung einer völlig neuen Objektklasse ein Traum wahr. So etwas passiert vielleicht einmal im Leben“, so der abschließende Kommentar von Dr. Schirmer. „Das ist unglaublich inspirierend!“

Die hier lediglich kurz vorgestellten Forschungsergebnisse werden demnächst in der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal“ unter dem Titel „A sample of Seyfert-2 galaxies with ultra-luminous galaxy-wide NLRs – Quasar light echos?“ publiziert.

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Fachartikel von Schirmer et al.:

• A sample of Seyfert-2 galaxies with ultra-luminous galaxy-wide NLRs – Quasar light echos? (engl.)

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