Pressenotiz 7/2011 - 7. April 2011

Hochfliegende Astronomie mit deutschem Instrument

Erstflug des Flugzeug-Observatoriums SOFIA mit dem Spektrometer GREAT.

SOFIA, das "Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie", hat am 6. April 2011 am frühen Morgen den ersten Wissenschaftsflug abgeschlossen, bei dem der in Deutschland entwickelte Empfänger GREAT erfolgreich eingesetzt wurde. Mit dem "German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies" wurden spektroskopische Beobachtungen in Richtung von M17, einer Region mit verstärkter Sternentstehung in unserer Milchstraße, sowie der nur wenige Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie IC342 durchgeführt. In Flughöhen des SOFIA von bis zu 13 km wird die Erdatmosphäre auch für die Fern-Infrarot Strahlung aus dem Weltraum durchlässig und macht astronomisch wichtige Spektrallinien der Beobachtung zugänglich. Das Instrument wurde unter Leitung von Dr. Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und der Universität zu Köln entwickelt, in Zusammen­arbeit mit dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und dem DLR-Institut für Planetenforschung.

Am 6. April 2011 haben deutsche Wissenschaftler ihre ersten astronomischen Messungen an Bord des Flugzeug-Observatoriums SOFIA, des Stratosphären-Observatoriums Für Infrarot-Astronomie, durchgeführt. SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR, ist das derzeit einzige Flugzeug-Observatorium weltweit. Es kommt in Flughöhen zwischen 10 und 13 km zum Einsatz und kann daher Beobachtungen in Wellenlängenbereichen durchführen, die aufgrund der Absorption durch Wasserdampf in der Atmosphäre mit bodengebundenen Teleskopen nicht möglich sind.

 

Abbildung 1: Das GREAT-Instrument hat am 6. April 2011 die ersten Terahertz-Photonen aus der Sternentstehungsregion M17SW aufgenommen. Ausgewählte Spektren von ionisiertem Kohlenstoff ([CII], weiße Linie) und warmem Kohlenmonoxid (CO, grüne Linie) werden als Überlagerung auf ein Falschfarbenbild im Nahinfrarotbereich, gemessen mit dem Weltraumteleskop Spitzer (NASA/JPL-Caltech/M. Povich, Univ. Wisconsin), gezeigt. Die hohe spektrale Auflösung von GREAT ist erforderlich, um die Geschwindigkeitsstruktur entlang der Wolke anhand der Linienprofile zu untersuchen. Der vermessenen Bereich ist in Rot markiert und die über die Geschwindigkeit integrierte Verteilung von [CII] and CO wird in den unteren Inserts gezeigt. Mit den GREAT-Daten wird die Übergangsregion erforscht, in der die Molekülwolke der ionisierenden Strahlung durch massereiche Sterne ausgesetzt ist.

(Bild: GREAT Team mit NASA/DLR/SOFIA/USRA/DSI)

 

Als am frühen Morgen des 6. April um 06:40 Uhr lokaler Zeit (15:40 Uhr MESZ) SOFIA nach einem erfolgreichen Beobachtungsflug wieder zu seinem Heimatflughafen, der "Dryden Aircraft Operations Facility" (DAOF) in Palmdale, Kalifornien, zurückkehrte, hatten Rolf Güsten und sein Team ihren ersten Forschungsflug mit GREAT, dem "German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies", erfolgreich abgeschlossen. Das Instrument wurde unter anderem auf die Galaxie IC342 ausgerichtet, eine nahegelegene Spiralgalaxie in Richtung des Sternbilds Giraffe (Camelopardalis) und auf den Omeganebel M17, eine Molekülwolke mit sehr aktiver Sternentstehung in ca. 5000 Lichtjahren Entfernung von der Erde. In beiden Quellen wurde sowohl die Strahlung des ionisierten Kohlenstoffs bei einer Frequenz von 1,9 Terahertz (einer Wellenlänge von 0.158 mm entsprechend) als auch die Emission der Rotationsübergänge des warmen Kohlenmonoxids CO beobachtet.

Projektleiter Dr. Rolf Güsten freut sich über den Erfolg: "Diese allerersten Spektren mit GREAT sind die Belohnung für etliche Jahre harter Arbeit zur Entwicklung des auf neuesten Technologien basierenden Spektrometers; sie zeigen das herausragende wissenschaftliche Potenzial der luftgestützten Ferninfrarot-Spektroskopie. Die große Sammelfläche des Teleskops mit 2,7 m Durchmesser, gepaart mit enormem Frostschritt der Terahertz-Technologien während der letzten Jahre, lässt GREAT 100-fach schneller Daten erfassen als in früheren Experimenten - dies eröffnet den Weg für einzigartige wissenschaftliche Experimente".

Auf dem Jungfern-Flug wurden mit GREAT die stärksten Emissionslinien beobachtet, über die eine Kühlung des interstellaren Materials erfolgt. Das Gleichgewicht zwischen Heizungs- und Kühlungsprozessen reguliert die Temperatur des interstellaren Mediums und damit auch die Ausgangsbedingungen für die Entstehung von neuen Sternen. Jürgen Stutzki (Universität zu Köln), der zweite Projektmanager des GREAT-Teams, erklärt dazu: "Die ionisierte Kohlenstofflinie wird durch intensive Ultraviolettstrahlung von neugebildeten Sternen angeregt; sie gibt uns einen einzigartigen Zugang zum Verständnis der physikalischen Prozesse und chemischen Bedingungen in den stellaren Geburtsstätten. SOFIA ermöglicht es uns, zu verstehen, wie junge Sterne entstehen und wie sie ihre Geburtswolken verändern".

 

Abbildung 2: Der GREAT-Empfänger, montiert am Teleskop des Flugzeug-Observatoriums SOFIA.

(Bild: NASA Photo/ Tom Tschida.)

 

"Der erste Wissenschaftsflug des GREAT-Empfängers markiert den Beginn der deutsch-amerikanischen wissenschaftlichen Zusammenarbeit im SOFIA-Projekt. Wir blicken dem zukünftigen Messbetrieb zuversichtlich entgegen", sagt Alois Himmes, der Projektmanager für SOFIA am DLR. Nach diesen ersten Charakterisierungsflügen wird SOFIA für die Nutzung durch interessierte Astronomen geöffnet. "Im Sommer 2011 werden deutsche Astronomen zum ersten Mal wissenschaftliche Beobachtungen mit SOFIA durchführen können", erklärt Alfred Krabbe, der Leiter des deutschen SOFIA-Instituts (DSI) an der Universität Stuttgart. "Dabei kommen dann sowohl GREAT als auch FORCAST (die amerikanische "Faint Object InfraRed-CAmera for the SOFIA Telescope") zum Einsatz".

GREAT, der "German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies", ist ein Spektrometer für Beobachtungen im Ferninfrarot-Bereich des elektromagnetischen Spektrums bei Frequenzen von 1,25 bis 5 Terahertz (60-240 Mikrometer Wellenlänge), die aufgrund der Wasserdampfabsorption in der Atmosphäre vom Erdboden aus nicht zugänglich sind. GREAT wurde entwickelt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) und der Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und dem DLR-Institut für Planetenforschung. Rolf Güsten (MPIfR) ist Projektleiter für GREAT. Die Entwicklung des Instruments wurde finanziert durch die beteiligten Institute, die Max-Planck-Gesellschaft, die Deutsche Forschungsgemeinschaft und das DLR.

SOFIA, das Stratosphären-Observatorium Für Infrarot-Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA).

M17SW, ist eine interstellare Molekülwolke, die etwa 10000 Sonnenmassen an Gas enthält und von einem jungen Sternhaufen mit mehr als einer Million Sonnenleuchtkräften beschienen wird. Die ultraviolette Strahlung des Haufens ionisiert und heizt das Gas und könnte es soweit komprimieren, dass sich aus dem Gas weitere Sterne bilden. Die SOFIA-Beobachtungen erlauben, diesen Kompressionseffekt zu vermessen und mit der Aufheizung des Gases, die zu einer Expansion führt, zu vergleichen. Auf diese Weise können wir den Sternentstehungsprozess untersuchen.

IC 342, ist die nächstgelegene gasreiche Spiralgalaxie mit aktiver Sternentstehung im Kernbereich. Innerhalb der zentralen 30'' münden zwei Spiralarme mit molekularem Gas in einem klumpigen Zentralring aus dichtem Gas, der wiederum einen jungen Sternhaufen umschließt. Dessen massereiche junge Sterne heizen Gas und Staub in der Umgebung auf und erzeugen eine Vielzahl chemischer Verbindungen und intensive Strahlung aus einem Bereich, der mit dem Fachbegriff "Photon Dominated Region" (PDR) bezeichnet wird. Die intensive Strahlung aus diesen PDR-Regionen ermöglicht die detaillierte Untersuchung der chemischen und physikalischen Bedingungen zur Entstehung massereicher Sterne nicht nur in unserer Milchstraße, sondern auch in benachbarten Galaxien.

Weitere Informationen

SOFIA Science Center

Deutsches SOFIA-Institut (DSI)

Bilder und Videos zu SOFIA beim DSI

MPIfR

GREAT at MPIfR

Submillimeter Technology Group at MPIfR

MPS SOFIA GREAT-CTS Projektseite

I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

DLR Webcast SOFIA (8'15")

Movie (15min) über die GREAT-Installation an Bord von SOFIA (Henning Krause, s.o.); Video: DLR/GREAT

Kontakt

Dr. Rolf Güsten
GREAT Projektleiter
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
Tel: +49 (0)228-525-383
Email: rguestenmpifr.de

Dr. Norbert Junkes
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
Tel: +49 (0)228-525-399
Email: njunkesmpifr-bonn.mpg.de

Dr. Susanne Herbst
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln
Tel: +49 (0)221-470-7028
Email: herbstph1.uni-koeln.de

Dr. Dörte Mehlert
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches SOFIA-Institut
Tel: +49 (0)711-6856-9632
Email: mehlertdsi.uni-stuttgart.de

Henning Krause
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Tel: +49 (0) 2203-601-2502
Email: henning-krausedlr.de

Dr. Birgit Krummheuer
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
Max-Planck-Straße 2
37191 Katlenburg-Lindau
Tel.: 05556 979 462
Fax: 05556 979 240
Mobil: 0173 3958625
Email: krummheuermps.mpg.de