Quelle: Universität Wien 4. September 2024.

4. September 2024 – Zwei Instrumente für das künftig größte optische Teleskop der Welt, das Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, haben die abschließende Designprüfung bestanden und damit einen wichtigen Meilenstein erreicht. Sie werden künftig Bilder des Universums in noch nie dagewesener Tiefe liefern: METIS, eine Kamera plus Spektrograph im mittleren Infrarotbereich, wird durch Staub- und Gaswolken blicken und so die Stern- und Planeten-Entstehung nachvollziehen können. Die 20 Tonnen schwere Kamera MICADO hingegen soll unter anderem Bilder von Sternsystemen in nahen Galaxien, Exoplaneten und schwarzen Löchern liefern. An der Entwicklung ist die österreichische Kooperation A* (Universitäten Wien und Innsbruck, JKU Linz, Österreichische Akademie der Wissenschaften) beteiligt.

In rund drei Jahren soll das weltweit größte optische Teleskop, das Extremely Large Telescope (ELT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in der chilenischen Atacama-Wüste in Betrieb gehen. Ausgerüstet mit verschiedenen Instrumenten, zwischen denen man innerhalb von Minuten umschalten kann, wird das ELT von der Erde aus Blicke ins Universum in noch nie dagewesener Tiefe ermöglichen. Zwei dieser Instrumente, an deren Entwicklung auch zahlreiche österreichische Expert*innen beteiligt sind, haben nun die abschließende Designprüfung bestanden und damit einen wichtigen Meilenstein erreicht: Die „Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations“ (MICADO), eine leistungsstarke hochauflösende Kamera für das ELT, hat die Designphase im Sommer abgeschlossen; der „Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph“ (METIS) bereits im Mai. Beide Instrumente sollen bereits beim Start des ELT oder kurz danach in Betrieb gehen.

METIS, Kamera und Spektrograph zugleich, ist für die Beobachtung im mittleren Infrarotbereich ausgelegt und eignet sich daher ideal für die Untersuchung kalter oder von Staub umhüllter Objekte. „Während sehr heiße Objekte wie unsere Sonne hauptsächlich sichtbares Licht aussenden, strahlen kältere Objekte wie Planeten oder Staubwolken vor allem im mittleren Infrarotbereich. Durch die Analyse des Lichts in diesem Frequenzbereich wird METIS untersuchen, wie sich Sterne und Planeten in Staub- und Gaswolken bilden, und kann durch den Staub im Zentrum von Galaxien blicken, um deren supermassereiche schwarze Löcher zu untersuchen“, erklärt Kieran Leschinski vom Institut für Astrophysik der Universität Wien. Er ist Teil der österreichischen Expert*innengruppe, an der die Universität Wien, die Universität Innsbruck, die Johannes Kepler Universität Linz sowie RICAM Linz/Österreichische Akademie der Wissenschaften beteiligt sind.

Beiträge zur Forschung an Exoplaneten
Darüber hinaus wird METIS voraussichtlich spannende Beiträge zur Erforschung von Exoplaneten leisten, indem es kleine, felsige Exoplaneten beobachtet und die Temperatur, das Wetter und die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphären auf der Suche nach bewohnbaren Welten untersucht. „Mit METIS verfolgen wir ein breites Spektrum wissenschaftlicher Ziele, von der Erforschung der Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems über den Blick in das Zentrum von Galaxien bis hin zur Untersuchung ihrer rätselhaften supermassiven schwarzen Löcher. Der wissenschaftliche Schwerpunkt von METIS liegt auf der Untersuchung von Planetenentstehungsscheiben und kürzlich entstandenen – sowie nahen – Exoplaneten“, so Norbert Przybilla, Professor am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck.

20 Tonnen-schwere Kamera MICADO wird entfernte Galaxien beobachten
Das zweite Instrument, bei dem der Designprozess kürzlich abgeschlossen wurde, ist die „Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations“, kurz MICADO. MICADO wird hochauflösende Bilder des Universums liefern und die Entstehungsmechanismen entfernter Galaxien offenbaren. Bei der Entwicklung von MICADO stand der Wunsch nach höchster Präzision und Stabilität im Vordergrund, um die geforderte hohe Empfindlichkeit, Auflösung, astrometrische Genauigkeit und Abdeckung eines großen Wellenlängenbereichs zu erreichen. Um das gewährleisten zu können, wird das Instrument eine stattliche Größe erreichen: Rund sechs Meter hoch, wird es nicht weniger als 20 Tonnen wiegen.

Das Herzstück des Instruments wird, genauso wie jenes von METIS, in einem Kryostaten untergebracht, der es kühl hält, so dass es im nahen Infrarotbereich effektiv und ohne Störung durch andere Wärmequellen arbeiten kann. Dadurch wird es möglich sein, hochauflösende Bilder des Universums zu erhalten, die die detaillierten Strukturen und Entstehungsmechanismen entfernter Galaxien offenbaren und es den Astronom*innen ermöglichen, einzelne Sterne und Sternsysteme in nahen Galaxien sowie Planeten und deren Entstehung außerhalb unseres Sonnensystems zu untersuchen. Darüber hinaus wird MICADO ein einzigartig leistungsfähiges Instrument zur Erforschung von Umgebungen sein, in denen die Gravitationskräfte extrem stark sind, wie etwa in der Nähe des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie, der Milchstraße.

„Erdgebundene astronomische Beobachtungen werden durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre gestört und können auch mit freiem Auge als Blinken der Sterne wahrgenommen werden. Das Team an der JKU Linz und am RICAM leistet mit der Entwicklung der Algorithmen zur Korrektur dieser Turbulenzen mittels verformbarer Spiegel einen wesentlichen Beitrag, um scharfe Bilder ferner Himmelsobjekte aufnehmen zu können“, erklärt Ronny Ramlau, Professor am Institut für Industriemathematik der Johannes Kepler Universität Linz und Scientific Director am RICAM Linz/ÖAW.

Expert*innenstimmen:
Kieran Leschinski, Institut für Astrophysik der Universität Wien: „Das Extremely Large Telescope (ELT) wird das leistungsfähigste optische/infrarote Teleskop sein, das je gebaut wurde. Mit seinem enormen 39-Meter-Hauptspiegel wird das ELT es ermöglichen, die schwächsten und entferntesten Objekte im Kosmos zu beobachten – von den ersten Galaxien, die sich nach dem Urknall gebildet haben, bis hin zu potenziell bewohnbaren Exoplaneten, die nahegelegene Sterne umkreisen. Unser Team hier in Österreich ist verantwortlich für die Entwicklung der Software für MICADO und METIS, die es Astronom*innen ermöglichen wird, bahnbrechende wissenschaftliche Ergebnisse aus den Rohdaten zu gewinnen, die direkt von den Instrumenten des Teleskops kommen.“

Werner Zeilinger, Institut für Astrophysik der Universität Wien: „Die räumliche Auflösung, die das ELT erreicht, ist so hoch, dass eine Lego-Figur auf einer Raumstation beobachtet werden kann. Allerdings führt bei einer solch hohen Auflösung selbst die kleinste Turbulenz in der Atmosphäre dazu, dass die Bilder verschwimmen – ähnlich als ob ich ein Objekt am Boden eines Schwimmbeckens betrachte. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, integriert das Extremely Large Telescope (ELT) mehrere flexible Spiegel, die sich hunderte Male pro Sekunde verformen und so die atmosphärischen Verzerrungen in Echtzeit beseitigen können. Dadurch wird das ELT in Summe in der Lage sein, Bilder deutlich schärfer aufzunehmen als das Hubble-Weltraumteleskop.“

Manuel Güdel, Professor am Institut für Astrophysik der Universität Wien: „METIS wird unser Verständnis von Planetensystemen revolutionieren. Durch seine hochauflösenden Infrarotbilder und -spektren wird es möglich sein, Exoplaneten und ihre Atmosphären in beispielloser Detailgenauigkeit zu untersuchen. Dieses hochmoderne Instrument wird auch dabei helfen, potenziell bewohnbare Welten zu identifizieren und uns näher an die Beantwortung der tiefgreifenden Frage bringen, ob Leben außerhalb unseres Sonnensystems existiert. Zudem wird METIS Einblicke in die Sternentstehung und die Bedingungen rund um junge Sterne geben, welche wiederum die Planetenentstehung und -entwicklung antreiben.“

Wolfgang Kausch, Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck: „Damit wir mit MICADO die geforderte hohe Empfindlichkeit, Auflösung, astrometrische Genauigkeit und Abdeckung eines großen Wellenlängenbereichs in der ELT-Umgebung erreichen, wird das Instrument nicht weniger als 20 Tonnen wiegen und eine Höhe von sechs Metern haben.“

Roland Wagner (RICAM Linz, ÖAW): „Innerhalb von MICADO wird am RICAM der ÖAW und an der JKU Linz eine Software zur Bewertung der Bildqualität mittels der sogenannten Point Spread Function entwickelt. Damit können in der Analyse der Bilder die Eigenschaften der beobachteten Sterne genauer als bisher bestimmt werden. Die Methode dafür wird gerade an Daten bereits existierender Teleskope getestet.“

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ESO Teleskop ELT

Der Beitrag Meilenstein erreicht: METIS und MICADO bestehen Designprüfung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Leben im Universum

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

Quelle: Universität Innsbruck 5. Dezember 2023.

5. Dezember 2023 – Es ist gelungen, das rätselhafte Phänomen mit ultrakalten dipolaren Atomen numerisch zu simulieren. Die enge Verbindung von Quantenmechanik und Astrophysik ebnet den Weg für die Quantensimulation von stellaren Objekten.

Neutronensterne faszinieren die Wissenschaft seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 1967. Die für ihre periodischen Lichtblitze und ihre schnelle Rotation bekannten Überreste von Supernovae gehören zu den dichtesten Objekten im Universum. Ihre Masse ist vergleichbar mit jener der Sonne, komprimiert in einer Kugel mit einem Durchmesser von nur etwa 20 Kilometern. Neutronensterne zeigen ein eigenartiges Verhalten, das als „Glitch“ bekannt ist, bei dem der Stern plötzlich seine Rotation beschleunigt. Dieses Phänomen deutet darauf hin, dass Neutronensterne möglicherweise teilweise supraflüssig sind. In einer Supraflüssigkeit ist die Rotation durch zahlreiche winzige Wirbel gekennzeichnet, von denen jeder einen Teil des Drehimpulses trägt. Ein „Glitch“ tritt auf, wenn diese Wirbel aus der inneren Kruste des Sterns in seine feste, äußere Kruste entweichen und dadurch die Rotationsgeschwindigkeit des Sterns erhöhen.

Der Schlüssel zu dieser Studie liegt im Konzept des Suprafestkörpers – einem Zustand, der sowohl kristalline als auch supraflüssige Eigenschaften aufweist, und der als notwendige Bedingung für die Rotationsstörungen von Neutronensternen vorhergesagt wurde. Demnach nisten sich quantisierte Wirbel im Suprafestkörper ein, bis sie kollektiv entweichen und von der äußeren Kruste des Sterns absorbiert werden, was dessen Rotation beschleunigt. Kürzlich wurden suprafeste Zustände in Experimenten mit ultrakalten, dipolaren Atomen realisiert. Dies bietet eine einzigartige Möglichkeit, die Bedingungen im Inneren eines Neutronensterns auf der Erde zu simulieren.

Die aktuelle Studie von Forschern der Universität Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften sowie der Laboratori Nazionali del Gran Sasso und des Gran Sasso Science Institute zeigt, dass in ultrakalten suprafesten Phasen Störungen auftreten können, die mit den Vorgängen im Inneren von Neutronensternen vergleichbar sind. Dieser Ansatz ermöglicht eine detaillierte Erforschung dieses Phänomens und seiner Abhängigkeit von Eigenschaften des Suprafestkörpers. „Unsere Forschung stellt eine enge Verbindung zwischen Quantenmechanik und Astrophysik her und bietet Einblicke in das Innenleben von Neutronensternen“, sagt die Erstautorin Elena Poli. Diese Vorgänge liefern wertvolle Erkenntnisse über die innere Struktur und Dynamik von Neutronensternen. Durch die Untersuchung dieser Ereignisse können die Wissenschaftler mehr über die Eigenschaften von Materie unter extremen Bedingungen erfahren.

„Diese Forschung demonstriert einen neuen Ansatz, um Einblicke in das Verhalten von Neutronensternen zu gewinnen, und eröffnet neue Wege für die Quantensimulation von stellaren Objekten in niederenergetischen Laboren auf der Erde“, betont Francesca Ferlaino.

Die Studie wurde kürzlich in Physical Review Letters veröffentlicht und unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und dem Europäischen Forschungsrat ERC finanziell unterstützt.

Originalpublikation:
Glitches in rotating supersolids. Elena Poli, Thomas Bland, Samuel J. M. White, Manfred J. Mark, Francesca Ferlaino, Silvia Trabucco and Massimo Mannarelli. Phys. Rev. Lett. 131, 223401
DOI: doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.223401
arXiv: https://arxiv.org/abs/2306.09698
pdf: https://arxiv.org/pdf/2306.09698

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

Der Beitrag Mit Quantensimulation Rotationsanomalien von Neutronensternen entschlüsseln erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck 10. Februar 2023.

10. Februar 2023 – Der Ursprung des Lebens ist eine der großen Fragen der Menschheit. Eine der Voraussetzungen für die Entstehung von Leben ist die abiotische – nicht durch Lebewesen bewirkte, chemische – Erzeugung und Polymerisation von Aminosäuren, den Bausteinen des Lebens. „Zwei Szenarien werden für die Entstehung von Leben auf der Erde diskutiert: Einerseits die erstmalige Erzeugung solcher Aminosäureketten auf der Erde und andererseits der Eintrag aus dem Weltall“, erklärt Tilmann Märk von der Universität Innsbruck. „Für letzteres müssten solche Aminosäureketten unter den dafür sehr ungünstigen und unwirtlichen Bedingungen im Weltraum entstehen.“

Ein Forscherteam um Michel Farizon von der Universität Lyon und Tilmann Märk von der Universität Innsbruck hat nun eine bedeutende Entdeckung auf dem Gebiet der abiotischen Peptidkettenbildung aus Aminosäuren gemacht, und zwar für die kleinste vorkommende Aminosäure, das Glycin, ein Molekül, das in den vergangenen Jahren bereits mehrfach extraterrestrisch beobachtet wurde. Eine kürzlich im Journal of Physical Chemistry A veröffentlichte Studie, die es auch auf die Titelseite der Zeitschrift schaffte, zeigt, dass kleine Cluster von Glyzinmolekülen bei Energieeintrag Polymerisation zeigen. Es kommt zu einer Reaktion innerhalb eines Clusters bestehend aus zwei Glyzinmolekülen. Aus den zwei Aminosäuren werden ein Dipeptid und ein Wassermolekül. Auch die Reaktion eines Dipeptids zu einem Tripeptid innerhalb eines Clusters wurde von den ForscherInnen nachgewiesen.

„Unsere Studie wirft Licht auf das bisher weniger beachtete unimolekulare Szenario der Bildung solcher Aminosäureketten unter den extremen Bedingungen des Weltraums“, sagt Michel Farizon. „Wir konnten zeigen, dass das Wachstum von Peptidketten durch unimolekulare Reaktionen in angeregten Cluster-Ionen erfolgt, ohne dass ein Kontakt mit einem zusätzlichen Partner wie Staub oder Eis erforderlich ist.“

Die aktuelle Arbeit liefert den Nachweis, dass der erste Schritt zur Entstehung von Leben unter den sehr unwahrscheinlichen Bedingungen des Weltraums stattfinden kann. „Die Studie ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum Verständnis der Ursprünge des Lebens. Die Ergebnisse werden als Grundlage für weitere Forschungen auf diesem Gebiet dienen“, sind Michel Farizon und Tilmann Märk überzeugt.

Originalpublikation:
Glycine Peptide Chain Formation in the Gas Phase via Unimolecular Reactions. Denis Comte, Léo Lavy, Paul Bertier, Florent Calvo, Isabelle Daniel, Bernadette Farizon, Michel Farizon, and Tilmann D. Märk. J. Phys. Chem. A 2023, 127, 775−780, doi.org/10.1021/acs.jpca.2c08248, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpca.2c08248.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Leben im Universum

Der Beitrag Neue Entdeckung gibt Einblicke in die Entstehung des Lebens erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck 5. Januar 2023.

5. Januar 2023 – Die mehr als 215.000 Gletscher weltweit sind von den Folgen der Erderhitzung aufgrund der Klimakrise längst massiv betroffen. Die zunehmenden Schmelzraten führen nicht nur zu einer Zunahme von Naturgefahren in den entsprechenden Gebieten, sondern auch zu einem Anstieg des Meeresspiegels und zu einer Gefährdung der Wasserversorgung von etwa zwei Milliarden Menschen weltweit. Im jüngsten Bericht des Weltklimarates IPCC haben tausende Forscher*innen auf die dramatischen Folgen der Erderhitzung – besonders für Gletscher bereits jetzt und in naher Zukunft – hingewiesen. „Wir sind aufgrund des aktuellen Niveaus der Emissionen leider auf dem Weg in Richtung einer Temperaturzunahme von +2,7°C. Das hätte ein Verschwinden von zwei Drittel aller Gletscher weltweit bis 2100 zur Folge“, erklärt Fabien Maussion vom Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften der Universität Innsbruck, Co-Autor der Science-Studie.

Wie genau sich diese Entwicklung in den kommenden Jahrzehnten fortsetzen wird und was noch zu retten ist, hat das große Klimaforscher*innen-Team unter der Leitung von David Rounce von der Carnegie Mellon University in Pennsylvania nun neu berechnet und dabei die Methodik im Vergleich zu bisherigen Studien deutlich verbessert. Der Glaziologe Maussion steuerte Projektionen der potenziellen Veränderungen der Gebirgsgletscher bei, basierend auf dem an der Universität Innsbruck mitentwickelten Gletscherentwicklungsmodell Open Global Glacier Model OGGM. Dabei handelt es sich um das erste offen zugängliche globale Modell zur Simulation der Entwicklung aller Gletscher weltweit, für diese Studie wurde es mit einem Modell der Carnegie Mellon University kombiniert. „Wir haben in dieser Studie die Methodik prinzipiell verbessert, da wir Satelliten-Beobachtungen und Modelle miteinander kombiniert haben und somit auch regionale Besonderheiten und die dynamische Entwicklung genau berücksichtigen können“, sagt Fabien Maussion.

Vier Szenarien für alle Gletscher
Da auf gesellschaftspolitischer Entscheidungsebene wie etwa kürzlich bei der UN-Klimakonferenz COP27 häufig mit Temperaturszenarien gearbeitet wird, haben sich die Klimaforscher*innen dazu entschieden, die Folgen für die Gletscherentwicklung anhand von vier Annahmen zu berechnen. Die Projektionen zeigen die Reaktion auf globalen Temperaturänderungen von +1,5°Celsius (C), +2°C, +3°C und +4°C bis zum Jahr 2100 im Vergleich zum vorindustriellen Niveau für jeden einzelnen Gletscher der Welt. Die Ergebnisse zeigen einen dramatischen Verlust, aber auch große Schwankungsbreiten im Ausmaß: Zwischen 26 und 41 Prozent der Gesamtmasse der Gletscher wird bis Ende des Jahrhunderts verloren sein. Im „Best-Case-Szenario“ von +1,5°C würde ein Viertel der Gesamtmasse und damit 50 Prozent der Gletscher komplett abschmelzen. Ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur von +2,7°C, von dem angesichts der aktuellen Übereinkünfte zur Emissionsreduktion ausgegangen werden muss, hätte laut der Studie eine fast vollständige Entgletscherung ganzer Regionen in den mittleren Breitengraden mit Mitteleuropa, Westkanada, USA sowie Neuseeland zur Folge. Das würde einen höheren Anstieg des Meeresspiegels zur Folge haben als bisher angenommen. „Für sehr viele Gletscher ist es leider schon zu spät, aber das heißt nicht, dass wir nichts mehr tun können. Jede Reduktion der Treibhausgasemissionen und damit die Abkehr von fossilen Brennstoffen trägt dazu bei, noch bestehende Eismassen zu retten und den Anstieg des Meeresspiegels einzugrenzen“, so Fabien Maussion.

Publikation:
Global glacier change in the 21st century: Every increase in temperature matters. David R. Rounce, Regine Hock, Fabien Maussion, Romain Hugonnet, William Kochtitzky, Matthias Huss, Etienne Berthier, Douglas Brinkerhoff, Loris Compagno, Luke Copland, Daniel Farinotti, Brian Menounos, Robert W. McNabb. Science, 6 January 2023 Vol 379 Issue 6627
DOI: 10.1126/science.abo1324
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo1324

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Klimawandel

Der Beitrag Satelliten-Beobachtungen und Modelle kombiniert: Gletscher in Gefahr erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck 19. September 2022.

19. September 2022 – Vom Baby bis zum Teenager: Sterne in ihren „jungen Jahren“ stellen die Wissenschaft vor große Herausforderungen. Der Prozess der Sternentstehung ist besonders komplex und schwer in theoretischen Modellen abzubilden. Eine der wenigen Möglichkeiten, um mehr über die Entstehung, die Struktur oder das Alter von Sternen zu erfahren, ist das Beobachten ihrer Schwingungen. „Vergleichbar mit der Erforschung des Erdinneren mithilfe der Seismologie können wir aus den Schwingungen von Sternen ebenso Aussagen über ihren inneren Aufbau und damit auch über ihr Alter treffen“, sagt Konstanze Zwintz. Die Astronomin gilt als Pionierin auf dem jungen Forschungsgebiet der Asteroseismologie und leitet die Forschungsgruppe „Sternentwicklung und Asteroseismologie“ am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck. Die Lehre von Sternschwingungen hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, nicht zuletzt da sich die Möglichkeiten der präzisen Beobachtung durch Teleskope im Weltraum wie TESS, Kepler und James Webb auf vielen Ebenen verbessert haben. Diese Fortschritte werfen nun auch neues Licht auf jahrzehntelang gängige Theorien zur Entwicklung von Sternen.

Mit neuem Modell zur Stunde Null des erwachsenen Sterns
Sterne werden als „Kinder“ bezeichnet, solange sie in ihrem Kern noch nicht Wasserstoff zu Helium verbrennen. In diesem Stadium befinden sie sich auf der so genannten Vorhauptreihe, nach dem Zünden werden sie erwachsen und wechseln auf die Hauptreihe. „Die Forschung zu Sternen hat sich bislang vor allem auf die Phase des erwachsenen Sterns – wie es beispielsweise unsere Sonne ist – fokussiert“, sagt Thomas Steindl, Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe von Konstanze Zwintz und Hauptautor der Studie. „Auch wenn es auf den ersten Blick nicht sehr intuitiv klingt, aber bislang wurde die Entwicklung der Vorhauptreihe kaum beachtet, da die Phase sehr turbulent und schwer zu modellieren ist. Erst die technologischen Fortschritte der letzten Jahre erlauben uns einen genaueren Blick in die Kindheit der Sterne – und damit auch auf jenen Moment, an dem der Stern beginnt Wasserstoff zu Helium zu fusionieren.“ In ihrer aktuellen Studie legen die beiden Innsbrucker Forscher*innen nun ein Modell vor, mit dem die Phase vor dem Erwachsenwerden der Sterne realistisch abgebildet werden kann. Zugrunde liegt dabei das Open-Source-Sternentwicklungsprogramm MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics). Inspiriert durch einen Vortrag des Astronomen Eduard Vorobyov von der Universität Wien bei einer Tagung im Jahr 2019, verfeinerte Thomas Steindl in monatelanger Arbeit die Methode, wie mithilfe dieses Sternentwicklungscodes die chaotische Phase der frühen Sternentstehung nachgebildet werden kann, um anschließend deren spezifische Schwingungen vorherzusagen.

„Unsere Daten zeigen, dass Sterne auf der Vorhauptreihe in ihrer Entwicklung einen sehr chaotischen Verlauf nehmen, den wir nun aber trotz seiner Komplexität auch in unserem neuen theoretischen Modell heranziehen können“, so Steindl. Dadurch zeigt der Astronom, dass die Art und Weise der Entstehung des Sterns Auswirkungen auf das Schwingungsverhalten auch nach dem Zünden auf der Hauptreihe hat: „Die Kindheit hat einen Einfluss auf das spätere Pulsieren des Sterns: Das klingt sehr simpel, es wurde aber tatsächlich bezweifelt. In den klassischen Theorien ging man davon aus, dass die Zeit vor dem Zünden schlicht irrelevant ist. Das stimmt so nicht: Vergleichbar mit einem Musikinstrument führen schon feinste Unterschiede im Zusammenbau zu signifikanten Änderungen im Ton. So beschreiben unsere modernen Modelle die Schwingungen in realen Sternen besser.“

Konstanze Zwintz freut sich über diese Entdeckung und blickt sehr optimistisch in die Zukunft: „Ich war bereits vor etwa 20 Jahren, als ich erstmals die Schwingung eines Sternes vor mir auf dem Bildschirm gesehen habe, überzeugt davon, die Bedeutsamkeit der frühen Sternentwicklung auf den ‚erwachsenen‘ Stern eines Tages belegen zu können. Dank der großartigen Arbeit von Thomas Steindl ist uns das nun gelungen: Definitiv ein Heureka-Moment für unsere Arbeitsgruppe und ein weiterer Grundstein für ein besseres Verständnis der Wachstumsschritte von Sternen.“

Publikation
The imprint of star formation on stellar pulsations. Thomas Steindl, Konstanze Zwintz, Eduard Vorobyov. Nature Communications 2022
DOI: 10.1038/s41467-022-32882-0
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32882-0

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentstehung

Der Beitrag Universität Innsbruck: Stern-Kindheit prägt stellare Entwicklung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck 20. Juli 2022.

20. Juli 2022 – Als erste Astrophysikerin in Österreich leitet Nadeen B. Sabha von der Universität Innsbruck ein Forschungsprojekt am neuen James Webb-Weltraumteleskop (JWST). Gemeinsam mit einem internationalen Team möchte sie sehr junge Sterne im Zentrum unserer Galaxie nachweisen. Obwohl die Geburt von Sternen nahe eines Schwarzen Loches sehr unwahrscheinlich ist und ganz besondere Bedingungen erfordert, gibt es Hinweise auf deren Existenz im Zentrum der Milchstraße.

Frühere Beobachtungen haben schwache Infrarot-Quellen in unmittelbarer Nähe von Sagittarius A*, dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie, nachgewiesen. Obwohl sehr hohe Gasdichten erforderlich sind, um bei der Entstehung von Sternen die starken Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs zu überwinden, gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass im Herzen der Milchstraße neue Sterne geboren werden.

Mit ihrem Team wird Nadeen Sabha vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck diese Hypothese nun mit Hilfe des vor kurzem in Betrieb gegangenen James Webb-Weltraumteleskops überprüfen. „Wir werden das Teleskop im August und September auf diese schwachen Quellen im Zentrum unserer Galaxie richten“, sagt die aus Jordanien stammende Astrophysikerin. „Mit dem neuen, hochempfindlichen Teleskop sollte es möglich sein, diese neugeborenen Sterne mit relativ geringen Massen nachweisen zu können.“

Sollte das Forschungsteam bestätigen können, dass es sich bei diesen Lichtquellen tatsächlich um solche jungen Sterne handelt, würde dies bedeuten, dass sich auch Planeten unter den unwirtlichen Bedingungen in der Nähe von Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien bilden können.

Ergänzend zu den Untersuchungen mit dem Weltraumteleskop erforscht Nadeen Sabha die Sternentstehung in der Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße auch mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile. Mit diesem hochauflösenden erdgebundenen Teleskop lassen sich auch Regionen im Zentrum der Galaxie beobachten, die für das hochempfindliche James Webb-Teleskop zu hell sind.

Zur Person
Die Innsbrucker Astrophysikerin Nadeen B. Sabha ist noch an drei weiteren Forschungsvorhaben mit dem James Webb-Weltraumteleskop beteiligt, zwei davon betreffen ebenfalls das Zentrum der Milchstraße, ein drittes untersucht Quellen von Gravitationswellen.

Nadeen Sabha hat an der Jordanischen Universität für Wissenschaft und Technologie Angewandte Physik studiert. Als Mitglied der Bonn Cologne Graduate School of Physics and Astronomy (BCGS) hat sie 2010 einen Master in Experimentalphysik erworben, wofür sie mit dem DAAD-Preis 2011 für exzellente internationale Studierende an deutschen Hochschulen ausgezeichnet wurde. Auf der Grundlage ihrer Masterarbeit über hochauflösende Infrarotstudien des zentralen Parsec unserer Galaxie promovierte sie 2014 an der Universität zu Köln.

Ihre Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung des Zentrums unserer Galaxie mit Hilfe von Infrarotbeobachtungen, um die Entstehung und Häufigkeit von Sternen in einer massereichen Umgebung zu untersuchen. Sie ist auch Teil von ENGRAVE, einer internationalen Kollaboration, die sich mit Nachweisen elektromagnetischer Gegenstücke zu Quellen von Gravitationswellen befasst.

Außerdem ist Nadeen Sabha im Rahmen ihrer Arbeit an der Universität Innsbruck an der Entwicklung der wissenschaftlichen Programme für die Instrumente des ESO Extremely Large Telescope (ELT), der nächsten Generation bodengebundener Teleskope (40-m-Klasse), beteiligt.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• JWST – James Webb Space Telescope

Der Beitrag JWST: Scharfer Blick ins Zentrum der Milchstraße erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck.

21. Dezember 2021 – Erstmals ist es Wissenschaftlern ausgehend von einer Entdeckung durch wissenschaftliche Laien gelungen, einen Nachweis für eine voll entwickelte Hülle eines „Common-Envelope-Systems“ (CE) zu liefern, mit dem die Phase der gemeinsamen Hülle eines Doppelsternsystems gemeint ist. „Gegen Ende ihres Lebens blähen normale Sterne sich zu roten Riesensternen auf. Da ein sehr großer Anteil von Sternen in Doppelsternen steht, beeinflusst dies die Entwicklung am Ende ihres Lebens. Denn bei engeren Doppelsternsystemen verschmilzt der sich aufblähende äußere Teil eines Sterns als gemeinsame Hülle um beide Sterne. Im Inneren dieser Hülle verhalten sich die Kerngebiete der beiden Gestirne aber praktisch ungestört und verfolgen ihre Entwicklung, als wären sie unabhängig voneinander“, erklärt der Astrophysiker Stefan Kimeswenger. Ihre Ergebnisse konnten die Forscher nun im Fachmagazin Astronomy & Astrophysics veröffentlichen.

Hobby-Astronomen geben Anstoß für Entdeckung
Bereits seit längerem sind viele Sternsysteme bekannt, die aufgrund diverser chemischer und physikalischer Eigenschaften Überreste solcher Entwicklungen sein müssen. Auch Sternsysteme, die gerade erst eine gemeinsame Hülle entwickeln, wurden durch ihre besondere Helligkeit bereits entdeckt. Die voll entwickelte Hülle eines CE und deren Abstoßung in den interstellaren Raum konnte jedoch bisher in dieser Form nicht beobachtet werden. „Gerade diese Hüllen sind von großer Bedeutung für das Verständnis der Entwicklung von Sternen in ihrer Endphase. Darüber hinaus helfen sie uns, zu verstehen, wie sie den Raum mit schweren Elementen anreichern, die dann wiederum für die Entwicklung von Planetensystemen, wie auch unserem eigenen, wichtig sind“, erklärt Kimeswenger die Bedeutung der neu entdeckten galaktischen Nebel und fügt hinzu, warum die Wahrscheinlichkeit für ihre Entdeckung gering ist: „Für moderne Teleskope sind sie zu groß und gleichzeitig sind sie sehr leuchtschwach. Außerdem ist ihre Lebensdauer, zumindest in kosmischen Zeitskalen betrachtet, eher gering. Sie beträgt nur wenige hunderttausend Jahre.“ Den Ausgangspunkt für diesen einmaligen Fund bildet eine Gruppe deutsch-französischer Hobby-Astronomen. In mühsamer Kleinarbeit haben sie in den mittlerweile digitalisierten Archiven historische Himmelsbilder nach unbekannten Objekten gesucht und schließlich ein Fragment eines Nebels auf Fotoplatten aus den 1980er-Jahren gefunden.

Internationale Zusammenarbeit löst Rätsel
Mit ihrem Fund kontaktierte die Gruppe internationale wissenschaftliche Experten, darunter auch das auf diesem Gebiet sehr erfahrene Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck. Durch das Zusammentragen und Kombinieren von Beobachtungen der letzten 20 Jahre aus öffentlichen Archiven verschiedener Teleskope und mit den Daten von vier verschiedenen Weltraumsatelliten konnten die Forscher in Innsbruck die erste Annahme, nämlich die Entdeckung eines Planetarischen Nebels, der durch die Überreste von sterbenden Sternen verursacht wird, ausschließen. Das enorme Ausmaß des Nebels wurde schließlich mit Hilfe von Vermessungen durch Teleskope in Chile ersichtlich, Wissenschaftler in den USA haben diese Beobachtungen mittels Spektrographen schließlich vervollständigt: „Der Durchmesser der Hauptwolke ist mit 15,6 Lichtjahren fast 1 Million mal größer als der Abstand der Erde zur Sonne und viel größer als der Abstand unserer Sonne zu ihrem nächsten Nachbarstern. Aber auch Fragmente mit einer Ausdehnung von sogar 39 Lichtjahren wurden gefunden. Da das Objekt etwas über der Milchstraße liegt, konnte der Nebel sich weitestgehend ungestört von anderen Wolken im umliegenden Gas entwickeln“, beschreibt Kimeswenger die Entdeckung.

Modell der neuen Klasse galaktischer Nebel
Durch eine Kombination all dieser Informationen ist es den Forschern gelungen, ein Modell des Objektes zu erstellen: Es besteht aus einem engen Doppelsternsystem eines 66.500 Grad heißen Weißen Zwergsterns und eines normalen Sterns mit einer Masse etwas unter jener der Sonne. Beide umkreisen sich in nur 8 Stunden und 2 Minuten und in einem Abstand von nur 2,2 Sonnenradien. Durch den geringen Abstand wird der nur etwa 4.700 Grad heiße Begleitstern an der dem Weißen Zwerg zugewandten Seite stark angeheizt, was zu extremen Erscheinungen im Spektrum des Sterns und zu sehr regelmäßigen Helligkeitsschwankungen führt. Um beide Sterne befindet sich eine gigantische Hülle, die aus dem äußeren Material des Weißen Zwergs besteht. Dieses Material ist mit etwas über einer Sonnenmasse schwerer als der Weiße Zwerg und sein Begleitstern und wurde vor etwa 500.000 Jahren in den Weltraum ausgeworfen.

Doch es gibt noch ein weiteres Rätsel, das in Zusammenhang mit der Entdeckung der neuen Klasse galaktischer Nebel steht, schildert Stefan Kimeswenger: „Möglicherweise steht dieses System sogar mit einer von koreanischen und chinesischen Astronomen 1086 gemachten Nova-Beobachtung in Verbindung. Die Positionen der historischen Beobachtungen passen jedenfalls sehr gut mit jenen unseres hier beschriebenen Objekts überein.“

Veröffentlichung:
DOI: YY Hya and its interstellar environment (2021). S. Kimeswenger, J. R. Thorstensen, R. A. Fesen, M. Drechsler, X. Strottner, M. Germiniani, T. Steindl, N. Przybilla, K. E. Weil, J. Rupert. A&A.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag Neue Klasse galaktischer Nebel entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Stabförmige Moleküle können mit ihrem permanenten Dipolmoment freie Elektronen in eine Bindung locken. Physiker der Universität Innsbruck haben im Labor Dipol-gebundene Zustände eindeutig nachgewiesen. Diese könnten ein Zwischenschritt zur Entstehung negativ geladener Moleküle sein und die Existenz von negativen Ionen in interstellaren Wolken im Weltraum erklären. Eine Presseaussendung der Universität Innsbruck.

Quelle: Universität Innsbruck.

21. Juli 2021 – Interstellare Wolken sind die Geburtsstätten von Sternen, sie könnten aber auch eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Leben spielen. Denn zwischen den Sternen einer Galaxie gibt es Regionen aus Staub und Gas, in denen sich chemische Verbindungen bilden. Die Forschungsgruppe um ERC-Preisträger Roland Wester am Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Entwicklung elementarer Moleküle im All besser zu verstehen. „Mit unserer Ionenfalle können wir, vereinfacht gesagt, das All ins Labor holen“, erklärt Roland Wester. „In der Apparatur lässt sich die Bildung von chemischen Verbindungen im Detail studieren.“ Nun haben die Wissenschaftler um Roland Wester eine Erklärung dafür gefunden, wie sich negativ geladene Moleküle im All bilden.

Theoretische Idee weist den Weg

Bis zur Entdeckung der ersten negativ geladenen Kohlenstoffverbindungen im Weltraum im Jahr 2006 ging die Wissenschaft davon aus, dass interstellare Wolken nur positiv geladene Ionen enthalten. Seither war offen, wie es zur Bildung negativ geladener Ionen kommt. Der italienische Theoretiker Franco A. Gianturco, der seit acht Jahren als Wissenschaftler an der Universität Innsbruck tätig ist, hatte vor einigen Jahren theoretische Überlegungen angestellt, die eine mögliche Erklärung dafür liefern. Sehr schwache Verbindungen, sogenannte Dipol-gebundene Zustände, sollen die Anbindung von freien Elektronen an stabförmige Moleküle ermöglichen. Solche Moleküle haben ein permanentes Dipolmoment, das in relativ weiter Entfernung vom neutralen Kern eine starke Wechselwirkung erzeugt und unter deren Einfluss sich die Bewegung eines Elektrons massiv verändert.

Lockt Elektronen in die Falle

In ihrem Experiment haben die Innsbrucker Physiker Moleküle aus drei Kohlenstoffatomen und einem Stickstoffatom erzeugt, diese ionisiert und in einer Ionenfalle bei extrem tiefen Temperaturen mit Laserlicht beschossen. Dabei änderten sie die Frequenz des Lichtes kontinuierlich solange, bis die zugeführte Energie groß genug war, um ein Elektron aus dem Molekül zu lösen. Diesen sogenannten Photoeffekt hatte Albert Einstein schon vor 100 Jahren beschrieben. Eine eingehende Analyse der Messdaten durch den Nachwuchswissenschaftler Malcolm Simpson vom Doktoratskolleg Atome, Licht und Moleküle an der Universität Innsbruck brachte schließlich Licht in dieses schwer zu beobachtende Phänomen. Ein Vergleich der Messdaten mit einem Computermodell erbrachte schließlich den eindeutigen Nachweis für die Existenz von Dipol-gebundenen Zuständen. „Unsere These ist, dass diese Dipol-gebundenen Zustände eine Art Türöffner für die Bindung freier Elektronen an Moleküle darstellen und so zur Entstehung negativer Ionen im Weltraum beitragen“, sagt Roland Wester. „Ohne diesen Zwischenschritt wäre es sehr unwahrscheinlich, dass Elektronen tatsächlich an die Moleküle binden.“

Finanziell unterstützt wurde die Arbeit vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der das Doktoratskolleg Atome, Licht und Moleküle (ALM) an der Universität Innsbruck finanziert.

Publikation: Influence of a supercritical electric dipole moment on the photodetachment of C₃N^–. Malcolm Simpson, Markus Nötzold, Tim Michaelsen, Robert Wild, Franco A. Gianturco, and Roland Wester. Phys. Rev. Lett. 127, 043001

Der Beitrag Im All Elektronen fangen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck.

Diese Blitze begleiten die Geburt stellarer schwarzer Löcher und gehen mit enormen kosmischen Explosionswellen einher. Dabei entsteht Strahlung, die das Billionenfache von Photonen des sichtbaren Lichts erreichen kann. Diese nun in der Fachzeitschrift Science veröffentlichen Beobachtungen stellen die bisherige Theorie zur Entstehung dieser hochenergetischen Strahlung in Frage.

Ein Gammastrahlenausbruch ist ein heller, nur wenige Sekunden andauernder Blitz hochenergetischer Röntgen- und Gammastrahlung. Er entsteht beim Kollaps eines rotierenden massiven Sternes. Ein Teil der dabei freiwerdenden gravitativen Energie nährt die Produktion einer ultrarelativistischen Explosionswelle. Ihre Existenz lässt sich durch ein länger andauerndes Nachglühen vom Gamma- bis in den Radiowellenbereich beobachten.

Am 29. August 2019 erkannten die Fermi- und Neil-Gehrels-Swift-Observatorien einen Gammastrahlenausbruch in nur einer Milliarde Lichtjahren Entfernung im Sternbild Eridanus. Er erhielt den Katalogeintrag GRB 190829A. „Typischerweise sind Gammastrahlenausbrüche sehr viel weiter entfernt. Bei GRB 190829A sitzen wir in der ersten Reihe“, freut sich Prof. Olaf Reimer vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck, wo er die H.E.S.S.-Arbeitsgruppe leitet. Sobald das Sternbild Eridanus am Nachthimmel beobachtbar wurde, richteten sich die H.E.S.S.-Cherenkov-Teleskope in Namibia auf diese Explosion und konnten es mehrere Tage lang beobachten. „Wir empfingen Photonen bis zu 3,3 Tera-Elektronenvolt, also etwa das Billionenfache optischer Photonen, bisher unerreicht für einen Gammastrahlenausbruch“, staunt Dr. Markus Holler, Senior Scientist in der Innsbrucker H.E.S.S.-Gruppe. Da der Gammastrahlenausbruch auf astronomischen Skalen praktisch vor unserer Haustür stattfand, konnten diese Photonen quasi ungehindert zur Erde reisen.

Nachglühen beobachtet
Die Nähe des Gammastrahlenausbruchs erlaubte eine bisher unerreichte Detailstudie der Energieverteilung (“Spektrum”) der die Erde erreichenden Photonen und ergab etwas Erstaunliches: eine deutliche Ähnlichkeit des Nachglühens im Röntgenbereich und Gammastrahlenbereich. Etablierte Theorien gehen jedoch davon aus, dass die beiden Emissionskomponenten durch separate Mechanismen erzeugt werden. Während die Röntgenkomponente von ultrarelativistischen Elektronen abgestrahlt werden, die in den Magnetfeldern in der Umgebung des Gammastrahlenausbruchs abgelenkt werden, sollte die Gammastrahlung durch die Streuung dieser „Synchrotronphotonen“ an diesen Elektronen einen Energiegewinn bis in den Gammastrahlenbereich erhalten, genannt der „Synchrotron-Selbst-Compton Prozess“. Die Beobachtungen von GRB 190829A ergaben nun aber, dass das Nachglühen im Röntgen- und Gammastrahlenbereich synchron erfolgte.

Mehr noch, das Gammastrahlenspektrum liegt auf der Extrapolationslinie des Röntgenspektrums. „Dies ist ein starker Hinweis, dass die Gammastrahlen durch denselben Mechanismus erzeugt worden sind, wie die Röntgenstrahlung,“ erklärt Theoretikerin Assoz.-Prof. Anita Reimer aus der H.E.S.S.-Arbeitsgruppe an der Universität Innsbruck. Dies stellt in Frage, dass die hochenergetischen Photonen durch den Synchrotron-Selbst-Compton-Mechanismus erzeugt werden. Andererseits existiert eine maximale Energiegrenze, die relativistische Elektronen durch Beschleunigung in magnetisierten Umgebungen erreichen können. Die Produktion der beobachteten Tera-Elektronenvolt-Photonen durch den Synchrotronprozess benötigt Elektronen, die dieses „burn-off“-Limit verletzen.

Weitere Beobachtungen nötig
Die vorliegenden Beobachtungen des H.E.S.S.-Teams haben weitreichende Konsequenzen für das theoretisches Verständnis dieser gewaltigen Explosionen im Universum, und es sind weitere Studien von Gammastrahlenausbrüchen bei sehr hohen Energien nötig. GRB 190829A ist erst der vierte Gammastrahlenausbruch, der durch Cherenkov-Teleskope detektiert worden ist. „Mit verbesserten Instrumenten, wie dem in Bau befindlichen Cherenkov-Telescope-Array (CTA), und ausgeklügelten Beobachtungsstrategien wird die Rate der GRB-Detektionen steigen und damit das Potential, dieses Superlativ einer kosmischen Explosionen besser zu verstehen“, vermutet Prof. Olaf Reimer, der die österreichische Beteiligung an der Vorbereitung und dem Bau des neuen Höchstenergie-Gammastrahlenobservatoriums CTA koordiniert.

Die H.E.S.S.-Teleskope sind nach dem Entdecker der kosmischen Strahlung und Nobelpreisträger Victor Franz Hess benannt, der von 1931 bis 1937 als Professor an der Universität Innsbruck tätig war. Sie messen Gammastrahlen, die etwa 1.000 Milliarden Mal energiereicher sind als sichtbares Licht. Jedes dieser Gamma-Quanten erzeugt beim Auftreffen auf die Erdatmosphäre unter anderem eine Vielzahl an geladenen Teilchen, welche wiederum über den Cherenkov-Effekt (eine Art optisches Analogon zum Überschallknall) sichtbares Licht emittieren. Die H.E.S.S.-Teleskope werden seit 2002 von einer internationalen Kollaboration in Namibia betrieben. Seit 2009 ist auch Österreich Mitglied dieses Forschungskonsortiums.

Publikation:
Revealing x-ray and gamma-ray temporal and spectral similarities in the GRB 190829A afterglow. H.E.S.S. collaboration. Science 2021 DOI: 10.1126/science.abe8560

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Gammablitz aus der kosmischen Nachbarschaft (3. Juni 2021)
• Gammastrahlenausbruch: Erstmals Nachglühen beobachtet (21. November 2019)
• Das H.E.S.S.-Projekt (7. September 2002)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• H.E.S.S. Teleskope
• Gamma Ray Bursts (GRBs)

Der Beitrag Naher Gammastrahlenblitz lässt Modelle wanken erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck.

Radiogalaxien gehören zur Klasse von Galaxien mit einem aktiven und hell leuchtenden Zentrum, aus dem riesige, gerichtete Materieströme ausgestoßen werden, die als Jets bezeichnet werden. Als Energiequelle dieser Jets werden extrem massereiche Schwarze Löcher mit der Masse von hundert Millionen bis einige Milliarden Sonnenmassen vermutet. Jets aus aktiven Galaxienkernen können durch den Einfall von Materie auf ein solches supermassives schwarzes Loch erklärt werden. Sie werfen Teilchenströme mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit über Hunderte bis Tausende von Lichtjahren weit ins Weltall. Durch die große Entfernung zu diesen Objekten können ihre Strukturen jedoch nur für die nächsten von ihnen aufgelöst werden.

Im Fall der – auf astronomischen Skalen – nur rund 12 Millionen Lichtjahre entfernten Radiogalaxie Centaurus A, einer der hellsten Galaxien des Südhimmels, wurde der Jet bislang vom Radiobereich bis hin zu Röntgenenergien vermessen. „Am höchstenergetischen Ende des elektromagnetischen Spektrums konnte Centaurus A aber bisher nur als unaufgelöste Punktquelle beobachtet werden“, erklärt Dr. Markus Holler vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck und Mitglied der H.E.S.S.-Kollaboration. Ob die höchstenergetische Gammastrahlung vom Galaxienkern oder aber vom Jet emittiert wird, konnte man daher bis dato nicht feststellen. Hier setzt ein wichtiger Beitrag der Innsbrucker Astrophysiker zur kollaborativen Studie an: Wie kürzlich bei der erfolgreichen Vermessung des Krebsnebels verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe um Univ.-Prof. Olaf Reimer auch für die Untersuchung der Strukturen von Centaurus A eine neuartige Simulationsumgebung. Diese ermöglichte eine weitaus präzisere Analyse der insgesamt über 200 Stunden Beobachtungszeit mit den H.E.S.S.-Teleskopen.

„Die Simulationen, die wir für die Auswertung benötigten, werden üblicherweise vor den Beobachtungen generiert. In unserer Simulationsumgebung gibt es aber für jede Beobachtung in der Analyse eine maßgeschneiderte Simulation“, erklärt Astrophysiker Markus Holler. So ist es gelungen, hochenergetische Gammastrahlung entlang des Jets von Centaurus A nachzuweisen. „Wir können also nicht nur erstmals Centaurus A von einer Punktquelle unterscheiden, sondern sogar die Emission durch ihre Form zum Teil dem Jet zuordnen.” Die gemessene Ausdehnung des Jets von über 2 Winkelminuten (siehe Abbildung) im Gammastrahlenlicht enthüllt dabei ein spannendes Geheimnis: Nämlich die Antwort auf die Frage, wo und wie die höchstenergetische Gammastrahlung von Centaurus A entsteht.

Rückschlüsse auf Teilchenbeschleunigung im Jet
Berücksichtigt man die über andere Messinstrumente – v.a. Radio- und Röntgenstrahlenbeobachtungen – gewonnenen Informationen über Centaurus A sowie die von H.E.S.S. vermessene Emission des Jets in einer Modellierung, so lässt sich letztere nur mit einem extrem effizienten, entlang des Jets verteilten, kontinuierlich operierenden Beschleunigungsmechanismus erklären. „Die alleinige Tatsache, dass Photonen aus dem Jet bis in diesen hochenergetischen Gammastrahlenbereich nachgewiesen werden konnten, setzt dort die Existenz von geladenen Teilchen voraus, die eine Energie von mindestens 10 bis 100 Billionen Elektronenvolt erreichen müssen”, verdeutlicht die Theoretikerin Prof. Anita Reimer vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck ein zentrales Ergebnis der Studie. „Inwieweit ähnlich effiziente Teilchenbeschleunigung in den ausgedehnten Jetbereichen auch ein Merkmal anderer aktiver Galaxienkerne ist, die nicht durch extreme Radiohelligkeit wie Centaurus A auffallen, ist eine Frage, die das künftige Cherenkov Telescope Array (CTA) beantworten sollte”, vermutet Prof. Olaf Reimer, der die österreichische Beteiligung an Vorbereitung und Bau des Höchstenergie-Gammastrahlenobservatoriums CTA koordiniert. Ob Centaurus A also als generisch für viele weitere Galaxien betrachtet werden kann, wird sich in weiteren Forschungsvorhaben zeigen.

Indirekte Messung von Gammastrahlung
Die H.E.S.S.-Teleskope sind nach dem Entdecker der kosmischen Strahlung und Nobelpreisträger Victor Franz Hess benannt, der von 1931 bis 1937 als Professor an der Universität Innsbruck tätig war. Sie messen Gammastrahlen, die etwa 1.000 Milliarden Mal energiereicher sind als sichtbares Licht. Jedes dieser Gamma-Quanten erzeugt beim Auftreffen auf die Erdatmosphäre unter anderem eine Vielzahl an geladenen Teilchen, welche wiederum über den Cherenkov-Effekt (eine Art optisches Analogon zum Überschallknall) sichtbares Licht emittieren. Die H.E.S.S.-Teleskope werden seit 2002 von einer internationalen Kollaboration in Namibia betrieben. Seit 2009 ist auch Österreich Mitglied, Olaf Reimer vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck leitet die österreichische H.E.S.S.-Gruppe.

Publikation:
The H.E.S.S. Collaboration: “Resolving acceleration to very high energies along the jet of Centaurus A”

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• H.E.S.S. Teleskope

Der Beitrag Teilchenbeschleunigung in Centaurus A lokalisiert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Innsbruck.

22. Mai 2019 – Sebastian Zieba und Konstanze Zwintz vom Institut für Astro- und Teilchenphysik detektierten gemeinsam mit Kollegen aus Leiden (Niederlande) und Warwick (UK) erstmals mithilfe der TESS-Daten drei Kometen um den 63 Lichtjahre entfernten Stern Beta Pictoris außerhalb unseres Sonnensystems.

Nur etwa ein Jahr nach dem Start der NASA-Mission TESS wurde in den Daten des Weltraumteleskops die ersten drei Kometen im Orbit des nahen Sterns Beta Pictoris außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Das Hauptziel von TESS ist es, nach Exoplaneten – also Planeten, die um andere Sterne kreisen – zu suchen. Die Erkennung der Signale der im Vergleich zu Planeten viel kleineren Exokometen erfordert die Analyse einer präzisen Lichtkurve, die nun dank der technischen Ausgereiftheit des neuen Weltraumteleskops erfasst werden kann. Sebastian Zieba, Masterstudent im Team von Konstanze Zwintz am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck, entdeckte das Signal der Exokometen, als er im März dieses Jahres die TESS-Lichtkurve von Beta Pictoris untersuchte. „Die Daten zeigten einen deutlichen Abfall der Intensität des Sternenlichts. Diese Schwankungen aufgrund der Verdunkelung durch ein Objekt im Orbit des Sterns können eindeutig auf einen Kometen zurückgeführt werden“, freuen sich Sebastian Zieba und Konstanze Zwintz über die sensationelle Entdeckung.

In Zusammenarbeit mit Matthew Kenworthy von der Universität Leiden (Niederlande) und Grant Kennedy von der Universität Warwick (UK) analysierten und interpretierten sie die Signale der Exokometen. Die Ergebnisse werden nun in der internationalen Fachzeitschrift „Astronomy and Astrophysics“ veröffentlicht. Drei ähnliche Exokometen-Systeme wurden kürzlich bereits im Zuge von Datenanalysen der NASA-Mission Kepler um drei andere Sterne gefunden. Die Forscherinnen und Forscher gehen davon aus, dass Exokometen prinzipiell eher rund um noch junge Sterne gefunden werden. „Das Weltraumteleskop Kepler konzentrierte sich auf ältere Sterne ähnlich der Sonne in einem relativ kleinen Bereich am Himmel. TESS hingegen beobachtet Sterne am ganzen Himmel, darunter auch junge Sterne. Wir gehen daher von weiteren Entdeckungen dieser Art in Zukunft aus“, erklärt Konstanze Zwintz. Die Forscherin beschäftigt sich vor allem mit jungen Sternen und gilt als international führende Expertin auf dem Gebiet der Asteroseismologie.

Berühmter Stern
Der junge und sehr helle Stern Beta Pictoris ist unter Astronominnen und Astronomen aus vielen Gründen eine „Berühmtheit“: „Bereits in den 1980er Jahren lieferten Untersuchungen von Beta Pictoris überzeugende Beweise für Planetensysteme um andere Sterne als unsere Sonne – ein Jahrzehnt, bevor Exoplaneten überhaupt zum ersten Mal entdeckt wurden. Außerdem gab es bereits damals indirekte Belege für Kometen aufgrund von Beobachtungen einer speziellen Form des Verdampfens von Gas, das für Kometen charakteristisch ist“, erklärt Konstanze Zwintz. Beta Pictoris ist mit einem Alter von etwa 23 Millionen Jahren ein relativ junger Stern, „ein junger, erwachsener Stern im Vergleich zum menschlichen Alter“, so die Astronomin. Die Entdeckung von Exokometen um Beta Pictoris wurde bereits 1999 in einem Beitrag der Astrophysiker Alain Lecavelier des Etangs, Alfred Vidal-Madjar und Roger Ferlet vorhergesagt. „Wir freuen uns gemeinsam mit unseren Kollegen aus Leiden und Warwick, diese Theorie nun endlich bestätigt zu haben“, sagen Zieba und Zwintz. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erwarten, in diesem Bereich noch zahlreiche weitere Kometen und Asteroiden zu entdecken, da es sich um einen jungen Stern handelt. „Wir wollen künftig Antworten darauf finden, wie häufig Exokometen vorkommen und ob ihre Anzahl mit zunehmendem Alter eines Sterns wirklich weniger wird. Informationen darüber sind deshalb wichtig, da wir durch die Analyse der Kometen rund um einen jungen Stern auch Rückschlüsse auf die Geschichte unseres eigenen Sonnensystems ziehen können. Denn wir wissen, dass unser Sonnensystem in ‚jungen Jahren‘ wesentlich mehr Kometen aufwies“, verdeutlicht Konstanze Zwintz. Die Forscherinnen und Forscher wollen künftig die Zusammensetzung der Exokometen beispielsweise auf ihren Wassergehalt untersuchen. Die Kometen selbst sind kleiner als Exoplaneten, haben aber sehr große Schweife, die bis zu viele Millionen Kilometer lang sein können. „Was wir sehen, ist nicht der Kometenkern selbst, sondern das Material, das vom Kometen abgeht. Die TESS-Daten sagen uns daher nicht, wie groß die Kometen waren: Das Ausmaß des Staubschweifes könnte sehr groß und nicht sehr dicht oder aber weniger groß und dafür dichter sein. Beide Situationen würden die gleiche Lichtkurve ergeben“, so Zwintz abschließend.

Publikation:

• A transiting exocomet detected in broadband light by TESS in the β Pictoris system. Sebastian Zieba, Konstanze Zwintz, Matthew A. Kenworthy, Grant M. Kennedy. arXiv:1903.11071v1 [astro-ph.SR]

Der Beitrag Drei Exokometen um den Stern Beta Pictoris entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.