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

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Quelle: Universität Göttingen 7. März 2023.

7. März 2023 – Wie entstand das Universum? Woraus bestehen wir? Was untersuchen Teilchenbeschleuniger? Solchen Fragen können Schülerinnen und Schüler ab der 10. Klasse bei den International Masterclasses an der Universität Göttingen nachgehen. Die Veranstaltung findet am Dienstag, 14. März 2023, von 9 bis 17 Uhr in der Fakultät für Physik statt. „Wir freuen uns darauf, Schülerinnen und Schüler bei uns vor Ort zu begrüßen, um ihnen einen Einblick in die faszinierende Welt der Teilchenphysik zu geben“, sagt die Organisatorin Dr. Kira Abeling. Interessierte können sich bis zum 12. März 2023 per E-Mail an masterclasses@uni-goettingen.de anmelden. Das Angebot ist kostenlos. Treffpunkt ist in der Fakultät für Physik, Friedrich-Hund-Platz 1, Hörsaal 4.

In spannenden Vorträgen zeigen die Forschenden, dass Teilchenphysik nicht so kompliziert ist, wie man auf den ersten Blick meint, und warum sie eine riesige Maschine benötigen, um winzigste Teilchen zu sehen. Das Highlight ist die Besichtigung des Teilchenbeschleunigers der Fakultät. Anschließend gibt es die Möglichkeit, selbst Daten auszuwerten, die zum ersten Mal vom Belle II-Experiment in Japan stammen. „Im vergangenen Sommer wurden in dem Experiment so viele Daten gesammelt wie nie zuvor. Mit den Daten können sehr seltene Phänomene der Teilchenphysik immer präziser vermessen werden“, erklärt Marike Schwikardi. Die Physikerin ist am Bau des Belle II-Detektors für den Teilchenbeschleuniger in Japan beteiligt, der die Daten aufnimmt und verarbeitet. Sie betreut die Veranstaltung.

Weitere Informationen sind unter www.uni-goettingen.de/de/671748.html zu finden.

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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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: Universität Göttingen 7. Februar 2023.

7. Februar 2023 – Stürme, heiße und trockene Sommer sowie Schädlingsbefall haben in den hiesigen Wäldern sichtbare Spuren hinterlassen. Dies gilt auch für Fichtenbestände in Mittelgebirgen Thüringens. Wie können diese großflächig gestörten Flächen nachhaltig wiederbewaldet werden? Ein Forschungsteam am Geographischen Institut der Universität Göttingen ist mit dem Teilprojekt „Fernerkundung“ an dem Verbundvorhaben „ResEt-Fi – Wegbereiter Wiederbewaldung: Regionales Flächenmanagement“ beteiligt. Dieser Verbund will Werkzeuge und Konzepte entwickeln, um die Planung und Umsetzung der Wiederbewaldung zu unterstützen.

In dem Göttinger Teilprojekt werden in den kommenden drei Jahren Datensätze zur Beschreibung des Mikroklimas und der Vegetationsentwicklung dieser gestörten Flächen aufgenommen, analysiert und auf ihre Verwertbarkeit in der forstwirtschaftlichen Praxis geprüft. Die kontinuierlichen Messungen am Boden werden dazu mit Methoden der Fernerkundung, sowohl satellitengestützt als auch unter Einsatz von Drohnen, verknüpft. „Wir wollen unter anderem prüfen, wie die Ergebnisse von der lokalen auf die regionale Ebene übertragen werden können“, erklärt Dr. Birgitta Putzenlechner von der Abteilung Kartographie, GIS und Fernerkundung, die das Teilprojekt leitet. „Vor allem wollen wir aber prüfen, welche satellitengestützten Fernerkundungsprodukte sich am besten eignen, räumlich-zeitliche Muster von verschiedenen Varianten im Management der Störungsflächen herauszuarbeiten.“

Das Forstliche Forschungs- und Kompetenzzentrum von ThüringenForst leitet das Verbundvorhaben „ResEt-Fi“. Dieses ist Teil der Fördermaßnahme „REGULUS – Regionale Innovationsgruppen für eine klimaschützende Wald- und Holzwirtschaft“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Weitere Informationen zur Fördermaßnahme sind unter https://www.fona.de/de/massnahmen/foerdermassnahmen/waldforschung.php zu finden.

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• Planet Erde

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Quelle: Universität Göttingen 19. Dezember 2022.

19. Dezember 2022 – Vor Millionen von Jahren waren die Ozeane auf der Erde wohl doch nicht heiß, wie oft angenommen, sondern eher gemäßigt bis warm. Zu diesem Schluss kommt ein Forschungsteam der Universität Göttingen und des Geoforschungszentrums Potsdam. Die Wissenschaftler analysierten rund 550 Millionen Jahre alte chemische Sedimentgesteine, sogenannte Cherts, die sich aus Meerwasser und Resten von Siliciumdioxid-abscheidenden Organismen bilden. Anhand dieser „Zeitkapseln“ zeigte das Team, dass die Sauerstoff-Isotopenverhältnisse durch das Erkalten der festen Erde bestimmt werden und weniger von den Temperaturen des Meerwassers abhängen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift PNAS erschienen.

Wie kann es sein, dass Archaische Cherts – zwischen 3,85 und 2,5 Milliarden Jahre alt – am leichten Sauerstoffisotop (¹⁶O) stark angereichert sind? Welche Informationen zeichnen diese wertvollen Zeitkapseln über die Geschichte unserer Erde überhaupt auf? Um diesem Jahrzehnte-alten Rätsel der Geowissenschaften nachzugehen, untersuchte das Forschungsteam Gesteinsproben aus Südost-China, die dokumentieren, dass nach der Ablagerung von Sedimentschlamm die amorphen Vorstufen von Chert in hunderten Metern Tiefe unter der Erdoberfläche nochmals umkristallisieren und dabei die Temperaturen in der Tiefe aufgezeichnet werden. Diese Erkenntnis brachte das Team auf die Idee, dass Sauerstoff-Isotopenverhältnisse vom Wärmefluss aus dem Erdinneren abhängen könnten – ein ganz neuer Blickwinkel auf das alte Rätsel.

„Unsere Berechnungen zeigen, dass bei höherem Wärmefluss die Isotopenverhältnisse kleiner werden, weil die Rekristallisation dann bei höheren Temperaturen stattfindet“, sagt Juniorprofessor Dr. Michael Tatzel vom Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen. Gleichzeitig wird Meerwasser unter diesen Bedingungen an ¹⁶O angereichert. Das Rätsel um isotopisch leichte Archaische Cherts löst sich somit durch den etwa doppelt so hohen Wärmefluss auf der frühen Erde. „Cherts sind offenbar keine guten Archive für Meerwassertemperaturen in der Vergangenheit. Unsere Erkenntnisse bedeuten, dass wir Sauerstoffisotope in Cherts ganz neu denken müssen“, so Tatzel.

Co-autor Patrick Frings vom GFZ Potsdam fügt hinzu: „Ich denke, diese Arbeit wird in den kommenden Jahren die Tür zu einigen aufregenden neuen Entwicklungen öffnen, denn unsere Erkenntnis über den Wärmefluss-Effekt ermöglicht akkurate Rekonstruktionen von Meerwassertemperaturen in tiefer geologischer Zeit. Darüber hinaus werden wir die thermische Struktur und tektonische Geschichte alter Sedimentbecken entschlüsseln können.“ Der berechnete Effekt des Wärmeflusses für Sauerstoffisotope in Cherts bedeutet auch, dass die leichten Archaischen Cherts für ein gemäßigtes bis warmes Klima auf der frühen Erde sprechen – heiße Archaische Ozeane scheinen sehr unwahrscheinlich. Diese Schlussfolgerung ist zentral für das Verständnis über die Entwicklung von Leben auf der jungen Erde.

Originalveröffentlichung:
Michael Tatzel et al.: Chert oxygen isotope ratios are driven by Earth’s thermal evolution. PNAS 2022. https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2213076119.

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• Planet Erde

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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: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 20. Oktober 2022.

20. Oktober 2022 – Der Asteroid Ryugu ist wahrscheinlich am äußeren Rand des Sonnensystems jenseits der Gasriesen Jupiter und Saturn entstanden. Diesen Schluss legen hochpräzise Messungen nahe, die das Verhältnis verschiedener Eisenisotope in Gesteinsproben von Ryugu bestimmen. Die japanische Raumsonde Hayabusa 2 hatte die Proben entnommen und vor zwei Jahren zurück zur Erde gebracht. Eine internationale Forschergruppe mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Georg-August-Univesität Göttingen berichtet von diesen Ergebnissen heute in der Fachzeitschrift Science Advances. Demnach unterscheidet sich die Zutatenliste Ryugus in einem entscheidenden Punkt deutlich von der typischer kohlenstoffreicher Meteorite. Stattdessen deutet alles auf eine enge Verwandtschaft mit einer seltenen Meteoritenklasse hin, die ebenfalls dem äußeren Sonnensystem zuzuordnen ist. Die Studie ist eine von insgesamt drei Veröffentlichungen, die die Zeitschriften Science und Science Advances heute dem Asteroiden Ryugu widmen.

Gerade einmal fünf Gramm Gesteinsmaterial enthielt die Probenkapsel, die am 5. Dezember 2020 nahe der Stadt Woomera im australischen Bundesstaat South Australia niederging. Ihr „Absender“ war die japanische Raumsonde Hayabusa 2. Nachdem die Sonde das Gestein ein Jahr zuvor vom Asteroiden Ryugu eingesammelt hatte, nutzte sie den Vorbeiflug an der Erde, um ihre wertvolle Fracht abzuliefern – bevor sie selbst zur nächsten Asteroidenbegegnung weiterreiste. 2031 soll sie ihr zweites Ziel, den Asteroiden 1998 KY26, passieren.

Die in der Kapsel enthaltenen Gesteinsproben sind erst die zweiten, die jemals von einem Asteroiden zur Erde gebracht wurden. Präzise Messungen, die umfassend Aufschluss über Zusammensetzung, Beschaffenheit, Herkunft und Entwicklung des kosmischen Brockens geben können, sind nur in irdischen Labors – und nicht etwa an Bord der Raumsonde – möglich. Knapp zwei Jahre nach Eintreffen der Proben auf der Erde liegen erste Ergebnisse vor. Sie bescheinigen den Gesteinsproben unter anderem eine körnige, lockere Struktur, einen Werdegang, bei dem über einen langen Zeitraum Mineralien mit Wasser reagierten, und belegen, dass Ryugu Aminosäuren und andere komplexe organische Moleküle enthält. Zu den vielen offenen Fragen zählt die nach dem Entstehungsort Ryugus. Dieser Frage geht die aktuelle Studie mit Beteiligung des MPS und der Universität Göttingen nach.

Wanderung durchs Sonnensystem
Der kohlenstoffreiche Asteroid Ryugu, der etwa einen Kilometer im Durchmesser misst und dessen Form an eine abgerundete Doppelpyramide erinnert, zählt zur Klasse der erdnahen Objekte. Diese Körper ziehen ihre Bahnen in einem ähnlichen Abstand um die Sonne wie die Erde. Forscherinnen und Forschern gehen jedoch davon aus, dass Asteroiden dieser Art im inneren Sonnensystem lediglich Zugezogene sind und den größten Teil ihres Daseins im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter verbracht haben.

Der eigentliche Geburtsort vieler Körper des Asteroidengürtels dürfte noch weiter außen im Sonnensystem liegen. Messungen und Simulationen sprechen dafür, dass kohlenstoffreiche Asteroiden (ebenso wie die kohlenstoffreichen Meteoriten, sogenannte kohlige Chondrite) ihren Ursprung im äußeren Sonnensystem haben: die meisten von ihnen in der Nähe der Entstehungsorte von Jupiter und Saturn, einige wenige möglicherweise sogar im Einflussbereich von Uranus und Neptun. Erst das Wachsen der vier Gasriesen wirbelte sie dann in den Asteroidengürtel.

Genauer Blick auf Baumaterial
„Alle Untersuchungen deuten darauf hin, dass Ryugu wie die kohligen Chondrite ein Kind des äußeren Sonnensystems ist“, fasst Dr. Timo Hopp von der University of Chicago, Erstautor der aktuellen Studie, den bisherigen Kenntnisstand zusammen. Der Wissenschaftler forscht mittlerweile am MPS. Ob der Entstehungsort Ryugus jedoch in der Nähe von Jupiter und Saturn oder noch weiter entfernt von der Sonne zu verorten ist, ließ sich bisher nicht klären.

Zu diesem Zweck wandte sich die Forschergruppe um Hopp den Eisenisotopen in den Gesteinsproben des Asteroiden zu. Als Isotope bezeichnet man Varianten desselben chemischen Elements, wie etwa Eisen, die sich lediglich durch die Anzahl der Neutronen im Kern und damit ihr Gewicht unterscheiden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Isotope bestimmter Elemente in der Geburtsstunde des Sonnensystems nicht gleichmäßig verteilt waren. Je nachdem wo ein Körper entstanden ist, stand somit Baumaterial mit unterschiedlichen Isotopenverhältnissen zur Verfügung. Diese Verhältnisse enthalten noch heute Informationen über den Entstehungsort eines Körpers.

Für ihre Analysen untersuchten die Forscher vier Proben des Asteroiden Ryugu sowie zum Vergleich Proben 13 verschiedener Meteoriten, die unterschiedliche Meteoritengruppen repräsentieren. Die meisten von ihnen sind wie Ryugu kohlenstoffreich. „Das Verhältnis bestimmter Eisenisotope zueinander ist ein hervorragender Marker, um einige dieser Gruppen nach ihren Entstehungsorten voneinander zu unterscheiden“, erklärt MPS-Direktor und Ko-Autor Prof. Dr. Thorsten Kleine.

Nachdem die Gesteinsproben von Ryugu in Japan aufwändig chemisch präpariert wurden, reisten sie nach Chicago. Nach weiteren vorbereitenden Schritten analysierte Timo Hopp die Proben mit Hilfe eines Multikollektor-Plasma-Massenspektrometers und konnte so Unterschiede in den Mengenverhältnissen verschiedener Eisenisotope auf wenige Teile pro Million genau bestimmen.

Kosmische Verwandtschaft
Wie sich zeigte, unterscheiden sich diese Verhältnisse im Fall des Asteroiden Ryugu deutlich von dem der meisten untersuchten Meteoriten. Lediglich eine Gruppe von Meteoriten bildet eine Ausnahme: die CI-Chondriten, die nach dem tansanischen Fundort ihres bekanntesten Vertreters auch als Meteoriten vom Ivuna-Typ bezeichnet werden. „Es besteht eine auffällige Verwandtschaft zwischen dem Asteroiden Ryugu und den vergleichsweise seltenen Meteoriten der CI-Gruppe“, so Hopp. „Unsere Messungen belegen, dass Ryugu und Meteorite des Ivuna-Typs im selben Bereich des frühen Sonnensystems entstanden sind und dass dieser Bereich nicht mit dem Entstehungsort anderer kohliger Chondrite zusammenfällt“, fügt er hinzu.

„Alles in allem spricht viel dafür, dass wir mit Ryugu und den Meteoriten vom Ivuna-Typ Überbleibsel der frühen Körper gefunden haben, die sich am äußersten Rand des Sonnensystems gebildet haben“, so Ko-Autor Prof. Dr. Andreas Pack von der Abteilung für Geochemie und Isotopengeologie der Georg-August-Universität Göttingen.

Weitere Studien
Bereits frühere Studien hatten Ähnlichkeiten zwischen dem Asteroiden Ryugu und Meteoriten vom Ivuna-Typ gefunden, etwa in Hinblick auf ihre chemische und mineralogische Zusammensetzung. In der Fachzeitschrift Science berichtet eine Forschergruppe heute von einem weiteren Hinweis: Auch die Gase, welche die Proben von Ryugu während ihrer Reise zur Erde in der Probenkapsel ausgedünstet haben, deuten auf Gemeinsamkeiten mit diesen exotischen Meteoriten hin.

Originalpublikation:
Timo Hopp et al.: Ryugu’s nucleosynthetic hertiage from the outskirts of the Solar System, Science Advances, 20. Oktober 2022, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add8141

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• HAYABUSA-2 zu Asteroid (162173) Ryugu auf H-IIA

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Quelle: Universität Göttingen 16. Mai 2022.

16. Mai 2022 – Die Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik (GAMM) hat Dr. Janosch Preuss vom Institut für Numerische und Angewandte Mathematik der Universität Göttingen und vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) mit dem diesjährigen Klaus-Körper-Preis ausgezeichnet. Die GAMM würdigt damit die Ergebnisse, die der Göttinger Mathematiker Ende vergangenen Jahres in seiner Dissertation vorgelegt hat. Darin beschäftigt er sich mit der Ausbreitung akustischer Wellen im Inneren der Sonne. Um diese aus Messdaten von Forschungssatelliten möglichst genau rekonstruieren zu können, ist es notwendig, auch den Einfluss der Sonnenatmosphäre zu berücksichtigen. Dies gelingt Preuss effizienter und genauer als je zuvor. Die Dissertation entstand im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 1456 „Mathematik des Experiments“ an der Universität Göttingen.

Das Innere der Sonne ist einer der unzugänglichen Orte in unserem Sonnensystem; direkte Messungen im Inneren der Sonne sind unmöglich. Dennoch können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über Umwege Informationen über das Innere unseres Sterns erhalten. Die Sonne schwingt in Millionen von akustischen Schwingungsmoden, die an ihrer Oberfläche von Satelliten im Weltraum oder Sonnenteleskopen auf der Erde beobachtet werden können. Mit Hilfe von Computermodellen können diese Wellen Aufschluss über die physikalischen Eigenschaften der Regionen geben, in denen sie sich ausbreiten.

Berechnungen dieser Art sind sehr anspruchsvoll, insbesondere wenn sie die schnellen Veränderungen in Oberflächennähe mit einbeziehen. Mit den von ihm neu entwickelten numerischen Methoden ist es Preuss in seinen Simulationen gelungen, den Einfluss der Sonnenatmosphäre auf die Wellen effizienter und genauer zu berechnen als je zuvor. „Die Temperatur in der Sonnenatmosphäre schwankt auf sehr kurzen Distanzen sehr schnell, was neue und innovative numerische Methoden erfordert, um die Schwingungen zu modellieren“, erklärt der 33-Jährige. Die Atmosphäre beeinflusst die Interpretation der beobachteten Schwingungen und muss daher berücksichtigt werden. Die Arbeit von Preuss eröffnet neue Möglichkeiten, Sonnenschwingungen zur Untersuchung der Sonnenatmosphäre zu nutzen.

Preuss hat an der Universität Göttingen Mathematik studiert. Bereits in seiner Masterarbeit, die er unter der Anleitung von Prof. Dr. Christoph Lehrenfeld am Institut für Numerische und Angewandte Mathematik anfertigte, beschäftigte er sich mit numerischen Simulationen. Diese Zusammenarbeit konnte er im Anschluss im Zuge eines von Max-Planck-Fellow Prof. Dr. Thorsten Hohage geleiteten Promotionsprojektes am MPS fortführen. Die Promotion erfolgte im Rahmen der International Max Planck Research School (IMPRS) on Solar System Science at the University of Göttingen, eines gemeinsamen Promotionsstudiengangs des MPS und der Universität Göttingen. Derzeit forscht der 33-Jährige am University College London in England. Die GAMM vergibt den Klaus-Körper-Preis in jedem Jahr an vier Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler und zeichnet damit exzellente Promotionsleistungen auf dem Gebiet der Angewandten Mathematik und Mechanik aus.

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• Unsere Sonne

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Quelle: Universität Göttingen.

11. November 2021 – Astronominnen und Astronomen, darunter auch von der Universität Göttingen, haben ein kleines Schwarzes Loch außerhalb der Milchstraße entdeckt. Sie spürten es auf, indem sie mit Hilfe des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte beobachteten, wie es die Bewegung nahegelegener Sterne beeinflusst. Zum ersten Mal wurde diese Nachweismethode verwendet, um die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs außerhalb unserer Galaxie aufzudecken. Die Methode könnte der Schlüssel zum Auffinden versteckter Schwarzer Löcher in der Milchstraße und in nahe gelegenen Galaxien sein und dazu beitragen, Licht in die Entstehung und Entwicklung dieser mysteriösen Objekte zu bringen. Die Forschungsergebnisse sind in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen.

Die Forscherinnen und Forscher verwendeten Daten, die über zwei Jahre hinweg in der chilenischen Atacama-Wüste gesammelt wurden. Der Einsatz des speziellen Geräts – dem Multi Unit Spectroscopic Explorer – ermöglichte es ihnen, Gebiete mit sehr vielen Himmelskörpern zu beobachten und das Licht jedes einzelnen Sterns in der Umgebung zu analysieren. Sie sammelten dadurch Informationen über Tausende von Sternen auf einmal – mindestens zehnmal mehr als mit jedem anderen Instrument. So konnte das Team mehrere Sterne ausfindig machen, deren Bewegung die Anwesenheit des Schwarzen Lochs anzeigte. Anhand von Daten des Optical Gravitational Lensing Experiment der Universität Warschau und des Hubble Space Telescope der NASA/ESA konnten sie dessen Masse messen und ihre Ergebnisse bestätigen.

Das neu entdeckte Schwarze Loch wurde in NGC 1850 entdeckt, einem etwa 160.000 Lichtjahre entfernten Sternhaufen in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße. Obwohl es für seine Verhältnisse klein ist, hat es etwa elfmal so viel Masse wie unsere Sonne. Der Hinweis, der es anfänglich „verriet“, war sein Gravitationseinfluss auf einen Stern, der die fünffache Masse der Sonne hat und das Schwarze Loch umkreist.

Schon früher haben Teams Schwarzen Löcher in anderen Galaxien entdeckt, entweder durch das Röntgenlicht, das diese beim Verschlucken von Materie aussenden, oder durch die Gravitationswellen, die bei der Kollision von Schwarzen Löchern untereinander oder mit Neutronensternen entstehen. „Die allermeisten lassen sich allerdings nur mit einer ,dynamischen‘ Methode wie in unserer aktuellen Forschungsarbeit entdecken“, sagt Prof. Dr. Stefan Dreizler von der Universität Göttingen. „Wenn Schwarze Löcher zusammen mit einem Stern ein System bilden, beeinflussen sie dessen Bewegung auf subtile, aber nachweisbare Weise, so dass wir sie mit hochentwickelten Instrumenten finden können.“

Diese Entdeckung ist das erste Mal, dass ein Schwarzes Loch in einem relativ jungen Sternhaufen gefunden wurde – der Haufen ist nur etwa 100 Millionen Jahre alt, ein Wimpernschlag in astronomischen Maßstäben. Mit der dynamischen Methode können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ähnlichen Sternhaufen noch mehr Schwarze Löcher zutage fördern und ein neues Licht auf ihre Entwicklung werfen. Durch den Vergleich mit größeren Schwarzen Löchern in älteren Sternhaufen werden sie in der Lage sein, zu verstehen, wie diese Objekte wachsen. Dies geschieht möglicherweise, indem sie sich von Sternen „ernähren“ oder mit anderen Schwarzen Löchern verschmelzen. Zudem verbessert das Forschungsteam durch die Karten, auf denen die Entwicklung Schwarzer Löcher in Sternhaufen festgehalten werden, das Verständnis für den Ursprung von Quellen für Gravitationswellen.

Originalveröffentlichung
Saracino et al,”A black hole detected in the young massive LMC cluster NGC 1850” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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• Schwarze Löcher

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Quelle: Universität Göttingen.

13. Oktober 2021 – Protuberanzen schweben als riesige Wolken über der Sonne, gehalten von einem Stützgerüst aus magnetischen Kraftlinien, deren Fußpunkte in tiefen Sonnenschichten verankert sind. Die dort stets herrschenden Strömungen bewegen das Stützgerüst und damit die Protuberanz. Ein Forschungsteam der Universität Göttingen und der Institute für Astrophysik aus Paris, Potsdam und Locarno hat beobachtet, dass in den Sonnenprotuberanzen die ionisierte Eisen-Atome um bis zu 70 Prozent schneller sind als neutrale Helium-Atome. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal erschienen.

Die Forscher beobachteten, wie magnetische Kräfte innerhalb von zehn Minuten eine Protuberanz um 25.000 Kilometer – etwa zwei Erddurchmesser – anhoben. Das entspricht mit 42 Kilometern pro Sekunde etwa der vierfachen Schallgeschwindigkeit in der Protuberanz. Dabei traten Schwingungen mit einer Periode von 22 Sekunden auf, bei denen ionisierte Eisen-Atome bis zu 70 Prozent schneller waren als neutrale Helium-Atome. Nach den Gesetzen der Physik müssen die elektrisch geladenen Eisen-Ionen den Bewegungen des Magnetfeldes folgen, nicht aber die ungeladenen Helium-Atome. Diese werden zwar von den Ionen mitgerissen, jedoch nur zum Teil, da es nicht genügend Kollisionen gibt, weil der Gasdruck zu niedrig ist.

Solche Bedingungen, bei denen teil-ionisiertes Gas mit wenigen Kollisionen vorkommt, spielen in der Astrophysik eine wichtige Rolle – nicht nur in Sonnen-Protuberanzen, sondern unter anderem auch in Gas-Wolken, aus denen sich Sterne und Planeten bilden, im weit-verteilten Gas zwischen den Sternen und im Gas zwischen Galaxien. Die theoretische Astrophysik simuliert solch einen Zustand mit zwei Flüssigkeiten, die nur schwach miteinander wechselwirken. „Diese Rechnungen enthalten Modell-Annahmen, von denen einige mit den neuen Messergebnissen überprüft werden können“, sagt Dr. Eberhard Wiehr vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen.

Das Team führte die Beobachtungen am Sonnenteleskop in Locarno durch, mit dem nur zwei Emissionslinien gleichzeitig gemessen werden konnten. Nun planen die Wissenschaftler erweiterte Beobachtungen am französischen Teleskop auf Teneriffa, mit dem mehrere Linien gleichzeitig vermessen werden können. Zudem ermöglicht die vierfache Lichtstärke dieses Teleskops eine so kurze Belichtung der lichtempfindlichen Kameras, dass noch kürzere Schwingungsperioden messbar werden. „Möglicherweise finden wir dann noch höhere Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den geladenen Ionen und den neutralen Atomen.“

Originalveröffentlichung:
Eberhard Wiehr et al. Velocity Difference of Ions and Neutrals in Solar Prominences. Astrophysical Journal (2021).

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• Unsere Sonne

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Quelle: Georg-August-Universität Göttingen.

Das extrem junge Universum kann nicht direkt beobachtet werden, lässt sich aber mithilfe mathematischer Theorien rekonstruieren. Physiker der Universitäten Göttingen und Auckland, Neuseeland, haben die Fähigkeit komplexer Computersimulationen, diese frühe Epoche zu beschreiben, wesentlich verbessert. Sie entdeckten, dass sich innerhalb einer Billionstelsekunde nach dem Urknall ein komplexes Netz an Strukturen bilden kann, dessen Eigenschaften der Verteilung von Galaxien im heutigen Universum ähneln. Im Unterschied zu heute sind diese primordialen Strukturen jedoch mikroskopisch klein. Typische Klumpen besitzen nur Massen von einigen Gramm und haben räumliche Ausdehnungen, die geringer sind als diejenigen heutiger Elementarteilchen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Physical Review D erschienen.

Die Forscher konnten Regionen höherer Dichte beobachten, die durch ihre eigene Schwerkraft zusammengehalten werden. „Das physikalische Raumvolumen, das unsere Simulation repräsentiert, würde millionenfach in ein Proton passen“, sagt Prof. Dr. Jens Niemeyer, Leiter der Arbeitsgruppe für Astrophysikalische Kosmologie der Universität Göttingen. „Es ist wahrscheinlich die größte Simulation des kleinsten Bereichs des Universums, die bisher durchgeführt wurde.“

Obwohl die berechneten Strukturen sehr kurzlebig wären und schließlich in Elementarteilchen „verdampfen“, lassen sich in zukünftigen Experimenten möglicherweise Spuren dieser extremen Frühphase nachweisen. „Die Entstehung solcher Strukturen sowie deren Bewegungen und Wechselwirkungen sollten ein Hintergrundrauschen von Gravitationswellen erzeugt haben“, sagt Benedikt Eggemeier, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Niemeyer und Erstautor der Studie. „Mithilfe unserer Simulationen lässt sich die Stärke dieses Gravitationswellensignals berechnen, welches mit zukünftigen Detektoren messbar sein könnte.“

Ebenso ist denkbar, dass durch den Kollaps einiger dieser Strukturen winzige schwarze Löcher entstanden. In diesem Fall könnten sie gegenwärtig beobachtbare Konsequenzen haben oder einen Beitrag zur mysteriösen dunklen Materie leisten. „Andererseits,“ sagt Prof. Dr. Richard Easther von der Universität Auckland, „falls die Simulationen die Entstehung schwarzer Löcher vorhersagen und wir sie nicht sehen, haben wir einen neuen Weg gefunden, Modelle des sehr jungen Universums zu testen.“

Originalveröffentlichung:
Eggemeier B et al. Formation of inflation halos after inflation. Physical Review D (2021).
DoI: 10.1103/PhysRevD.103.063525.

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• Urknall

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Quelle: Universität Göttingen.

„Ursprünge“ lautet der Titel der öffentlichen Ringvorlesung im Wintersemester 2020/2021 an der Universität Göttingen. Sowohl natur- als auch geisteswissenschaftliche Disziplinen widmen sich der Erforschung von Aspekten, denen der Ursprungsbegriff zugrunde liegt. Entsprechend schaut die Ringvorlesung aus verschiedenen fachlichen Perspektiven auf das Thema: mit Vorträgen über den Ursprung des Kosmos und des Sonnensystems sowie des Lebens auf der Erde ebenso wie über die Ursprünge von Kultur, Religion, Schöpfung und Nationen. Die Vorträge finden dienstags um 18.15 Uhr online als Live-Stream statt; wenn es die Entwicklung der Corona-Pandemie zulässt, kann eine begrenzte Anzahl an Interessierten in der Aula am Wilhelmsplatz teilnehmen.

Den Auftakt macht am Dienstag, 27. Oktober 2020, der Astrophysiker, Naturphilosoph und Moderator Prof. Dr. Harald Lesch von der Ludwig-Maximilians-Universität München. Sein ausschließlich als Live-Stream ausgestrahlter Vortrag trägt den Titel „Der Ursprung des Kosmos“. Eine Woche später am 3. November spricht Prof. Dr. Ulrich Christensen vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen über „Unsere Heimat im Kosmos – Die Entstehung des Sonnensystems“. Weitere Themen sind die Geschichte des Mondes, geochemische Prozesse auf der frühen Erde, die Evolution der Tiere, die Entstehung von „Hochkultur“ sowie der Ursprung des Menschen.

Die Reihe findet erneut in Zusammenarbeit mit der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen statt. Das gesamte Programm und aktuelle Informationen zum Format der jeweiligen Vorträge sind online unter www.uni-goettingen.de/ringvorlesung zu finden.

Veranstaltung verpasst?
Die Aufzeichnungen der Vorträge werden jeweils am darauf folgenden Mittwoch um 12 Uhr im StadtRadio Göttingen (107,1 MHz) ausgestrahlt. Anschließend sind sie langfristig als Video-Mitschnitt auf YouTube aufrufbar.

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Quelle: Georg-August-Universität Göttingen.

Die uns am nächsten gelegenen Exoplaneten bieten die besten Möglichkeiten, um nach Beweisen für Leben außerhalb des Sonnensystems zu suchen. Forscherinnen und Forscher unter Leitung der Universität Göttingen haben ein System von Super-Erde-Planeten entdeckt, die den nahen Stern Gliese 887, den hellsten roten Zwergstern am Himmel, umkreisen. Super-Erden sind Planeten mit einer Masse, die höher ist als die der Erde, aber wesentlich geringer als die der Eisriesen Uranus und Neptun. Die neu entdeckten Super-Erden liegen nahe der bewohnbaren Zone des Roten Zwergs, wo Wasser in flüssiger Form existieren kann, und könnten Felswelten sein. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Science erschienen.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des RedDots-Astronomenteams beobachteten den Roten Zwerg mit Hilfe des HARPS-Spektrografen an der Europäischen Südsternwarte in Chile. Sie verwendeten eine als „Doppler-Wobble“ bekannte Technik, mit der sie die winzigen Bewegungen des Sterns messen konnten, die durch die Gravitationskraft der Planeten verursacht werden. Die regelmäßigen Signale entsprechen Umlaufbahnen von nur 9,3 und 21,8 Tagen, was auf zwei Super-Erden – Gliese 887b und Gliese 887c – hinweist. Diese sind größer als die Erde, bewegen sich dennoch sehr schnell, viel schneller sogar als der Merkur. Wissenschaftler schätzen die Temperatur von Gliese 887c auf etwa 70 Grad Celsius.

Gliese 887 ist einer der sonnennächsten Sterne, der etwa elf Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Er ist viel dunkler und etwa halb so groß wie unsere Sonne. Das bedeutet, dass die bewohnbare Zone näher an Gliese 887 liegt als die Entfernung der Erde von der Sonne. Die Forscherinnen und Forscher entdeckten zwei weitere interessante Fakten über Gliese 887: Zum einen hat der Rote Zwerg im Gegensatz zu unserer Sonne nur sehr wenige Sternflecken.

Wäre Gliese 887 so aktiv wie unsere Sonne, würde wahrscheinlich ein starker Sternwind – ausströmendes Material, das die Atmosphäre eines Planeten erodieren kann – die Atmosphäre der neu entdeckten Super-Erden einfach hinwegfegen. Das bedeutet, dass die Planeten ihre Atmosphäre behalten oder eine dickere Atmosphäre als die Erde haben und möglicherweise Leben beherbergen könnten. Zum anderen ist die Helligkeit von Gliese 887 nahezu konstant. Daher wird es relativ einfach sein, die Atmosphären des Super-Erden-Systems zu erkennen, was es zu einem Hauptziel für das James Webb Space-Teleskop, einem Nachfolger des Hubble-Teleskops, macht.

Dr. Sandra Jeffers von der Universität Göttingen, Hauptautorin der Studie, sagt: „Diese Planeten werden die besten Möglichkeiten für detailliertere Studien bieten, einschließlich der Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems.“

2016 fand das RedDots-Astronomieteam den der Sonne nächstgelegenen Exoplaneten, der ungefähr der Erdmasse entspricht und Proxima Centauri umkreist. Darauf folgte 2018 die Ankündigung eines super-erdnahen Sterns, der Barnards Stern umkreist, den zweitnächsten Stern zur Sonne. Ein System von drei Planeten, die den Roten Zwergstern GJ 1061 umkreisen, der nur etwas weiter von uns entfernt ist als GJ 887, wurde ebenfalls 2019 vom Team angekündigt.

Originalveröffentlichung:
Jeffers et al. (2020), A multiplanet system of super-Earths orbiting the brightest red dwarf star GJ 887. Science.

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• Exoplaneten in habitabler Zone

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Quelle: Georg-August-Universität Göttingen.

(pug) Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen hat drei neue Planeten entdeckt, von denen einer möglicherweise bewohnbar ist. Die neu entdeckten Planeten umkreisen in der 31 Lichtjahre entfernten Konstellation Hydra einen Stern namens GJ 357, der etwa ein Drittel der Masse und Größe der Sonne aufweist. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen.

Im Februar 2019 beobachteten Kameras des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA den Stern. Dabei stießen sie auf die Existenz eines Exoplaneten, der in seiner Umlaufbahn den Stern teilweise bedeckt und sein Licht dadurch abschwächt. Diese sogenannten „Transits“ gehören zum Planeten GJ 357 b, einem Planeten, der etwa 22 Prozent größer ist als die Erde. Er umkreist seinen Stern elfmal näher als Merkur unsere Sonne. Dies ergibt eine Gleichgewichtstemperatur – berechnet ohne Berücksichtigung des zusätzlichen Treibhauseffekts einer möglichen Atmosphäre – von etwa 250 Grad Celsius.

„Wir bezeichnen GJ 357 b als so genannte heiße Erde“, erklärt Ko-Autor Prof. Dr. Stefan Dreizler vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen. „Obwohl der Planet kein Leben beherbergen kann, ist er ein wichtiger Meilenstein in der Erforschung erdähnlicher Planeten. GJ 357 b ist der drittnächste Transit-Exoplanet und damit einer der am besten geeigneten Planeten, die wir haben, um die Zusammensetzung einer möglichen Atmosphäre zu messen.“ Wenn GJ 357 b aus Gestein besteht, ist er vermutlich etwa doppelt so groß wie die Erde.

Mithilfe von bodengestützten Daten, aufgenommen seit 1998 an der Europäischen Südsternwarte und am Campanas-Observatorium in Chile sowie am Keck-Observatorium in Hawaii und am Calar Alto-Observatorium in Spanien, konnte das Forscherteam unter der Leitung des Instituts für Astrophysik der Kanarischen Inseln auf Teneriffa die Existenz von GJ 357 b bestätigen – und stieß überraschenderweise auf zusätzliche Signale der planetarischen Begleiter, GJ 357 c und GJ 357 d, die allein durch TESS-Beobachtungen nicht entdeckt werden konnten. GJ 357 d ist weit genug von seinem Stern entfernt, um möglicherweise bewohnbar zu sein.

GJ 357 c hat eine Masse, die mindestens das 3,4-fache der Erde beträgt, umkreist den Stern alle 9,1 Tage und hat eine Gleichgewichtstemperatur um 130 Grad Celsius. TESS hat keine Transits von diesem Planeten beobachtet, was darauf hindeutet, dass seine Umlaufbahn im Verhältnis zur Umlaufbahn der heißen Erde leicht geneigt ist – vielleicht um weniger als ein Grad.

GJ 357 d, der äußerste bekannte Planet des Systems, hat eine Masse von mindestens dem 6,1-fachen der Erde und umkreist den Stern alle 55,7 Tage in einem Abstand von etwa 20 Prozent der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne. Größe und Zusammensetzung des Planeten sind unbekannt, aber eine felsige Welt mit dieser Masse würde sich zwischen der ein- und zweifachen Größe der Erde bewegen. Mit einer Gleichgewichtstemperatur von -53 Grad Celsius wirkt der Planet auf den ersten Blick eher eisig als bewohnbar.

„GJ 357 d befindet sich am äußeren Rand der bewohnbaren Zone seines Sterns, wo er von seinem Stern etwa die gleiche Menge an Sternenenergie erhält wie der Mars von der Sonne“, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. „Wenn der Planet eine dichte Atmosphäre hat, die in zukünftigen Studien bestimmt werden muss, könnte er genügend Wärme einfangen, um den Planeten zu erwärmen und flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche zuzulassen.“

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Quelle: Dr. Eberhard Wiehr.

Die drei Materie-Zustände fest, flüssig, gasförmig können um einen vierten (’Plasma’) erweitert werden, der in der Astrophysik eine entscheidende Rolle spielt: Atome, die durch hohe Temperatur oder Strahlung Hüllen-Elektronen verloren haben. Die Sonnen-Korona etwa ist mit circa zwei Millionen Grad so heiß, daß dem Eisen sogar 15 seiner 56 Elektronen fehlen. Die elektrisch geladenen Ionen werden von magnetischen Kräften derart beeinflußt, daß sie sich nur entlang, nicht aber quer zu den Kraftlinien bewegen können.

Unter besonderen Umständen können neben den positiv geladenen Ionen auch elektrisch neutrale Atome existieren, auf die magnetische Kräfte nicht wirken. Gibt es genügend Stöße zwischen diesen beiden Teilchensorten, dann werden sie sich gegenseitig mitreißen. Gibt es nicht genügend Stöße, so verhalten sich beide fast so wie zwei unabhängige Gase. Die physikalischen Bedingungen in solch ’teil-ionisiertem Plasma ohne Stoß-Gleichgewicht’ sind ebenso schwierig zu berechnen, wie zu beobachten.

Letzeres ist Dr. Eberhard Wiehr aus Göttingen, Dr. Götz Stellmacher aus Paris und Dr. Michele Bianda aus Locarno nun gelungen. In einer Protuberanz über dem Sonnenrand beobachteten sie, daß Strontium-Ionen sich 22% schneller bewegen als Natrium-Atome. Sie vermaßen dazu die gelbe Spektrallinie des neutralen Natriums gleichzeitig mit einer violetten Linie des einfach-ionisierten Strontiums.

Der Geschwindigkeits-Uberschuß der Strontium-Ionen war sechzehn Stunden später in der gleichen Protuberanz auf 11% geschrumpft. Offenbar wurden die neutralen Natrium-Atome nun stärker von den Strontium-Ionen mitgerissen. Ursache hierfür könnte eine größere Dichte der Ionen sein, die sowohl die Stoß- als auch die ’Mitnahme’- Wahrscheinlichkeit erhöht.

Aber auch das Strömungsverhalten könnte sich in den sechzehn Stunden verändert haben. Die höheren Ionen-Geschwindigkeiten waren an eine Schwingung des magnetischen Gerüsts gekoppelt, das Protuberanzen gegen die Sonnen-Anziehung in der Schwebe hält. Die Fußpunkte dieses Gerüstes sind ständigen Bewegungen der tieferen Sonnenschichten ausgesetzt, wodurch die magnetischen Kraftlinien schwanken.

Die Ionen folgen jeder Umkehr der Schwingungs-Richtung instantan, während die neutralen Atome sich immer wieder an den Ionen neu orientieren müssen. Bei einer konstanten Plasma-Strömung ohne Schwingungs-Umkehr bliebe den Ionen genug Zeit die Neutralen mitzureißen. Wäre anderseits die Schwingung allzu schnell, so kämen die Neutralen den Ionen nicht mehr nach. Das Auftreten einer 30-Minuten-Schwingung in der beobachteten Protuberanz kam daher der Entdeckung schnellerer Ionen entgegen.

Die Forscher planen nun die systematische Suche nach Protuberanzen mit passenden Schwingungen, die sie über längere Zeit vermessen wollen.

Originalpublikation:

• Wiehr et al. Evidence for the two fluid scenario in solar prominences. Astrophysical Journal (2019).

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