Entdeckungen des Radioteleskops Effelsberg

(Schülerpraktikumsprojekt von Klaus Pusacker aus dem Jahr 2008)





Einleitung

Im Laufe der letzten 35 Jahre wurden durch Beobachtungen am Radioteleskops Effelsberg einige Neuentdeckungen gemacht. Diese Website zeigt einige der bedeutendsten Entdeckungen. Weitere wichtige Ergebnisse werde regelmäßig auf den Internetseiten des Institutes veröffentlicht.

Wasser in M33

Ein Team von Wissenschaftlern aus den USA, Frankreich und der BRD machten im Jahre 1977 eine aufsehenerregende Entdeckung. Sie fanden mit dem 100m-Radioteleskop Effelsberg die erste Wasserdampfwolke außerhalb unserer Galaxie im Nebel IC 133, der am Rande der Spiralgalaxie M 33 liegt. Diese ist ca. 2,2 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Die gemessene Radiostrahlung der Wassermoleküle war ungewöhnlich stark. Das liegt daran, dass die z.B. durch Licht angeregten Wassermoleküle im Takt schwingen und nicht einzeln. Die überschüssige Energie wird dabei in Form von Radiowellen abgestrahlt (Maser-Effekt). Diese Entdeckung unterstützt auch die These, dass in anderen Spiralgalaxien ähnliche physikalische Verhältnisse wie in unserer eigenen Galaxie bestehen. 30 Jahre später, im Jahre 2007,wurde wieder von Mitarbeitern des MPIfR der am weitesten entfernte Wassermaser gefunden. Er befindet sich in einem Quasar in ca. 11 Milliarden Lichtjahren Entfernung und leuchtete damit schon zu einer Zeit, als das Universum 2,5 Milliarden Jahre alt war (siehe Pressemitteilung vom 18. Dezember 2008 "Wasser im frühen Universum").



Die Spiralgalaxie M33 mit den Positionen der Wassermaser.
Links: Die Messung des Wasser-Masers in der Gravitationslinse MG0414. Rechts: Ein Bild von MG0414 aufgenommen mit dem EVLA.



Pulsare

Pulsare entstehen bei einer Supernova-Explosion, also beim "Tod" eines Sterns. Ein Stern setzt Energie durch Kernfusionen frei und wenn diese versiegt, fällt der Stern in sich zusammen. Bei dieser Supernova-Explosion wird die äußere Hülle des Sterns weggesprengt und der Kern stürzt in sich zusammen. Dabei werden Protonen und Elektronen zusammengepresst und es entstehen Neutronen. Einen Pulsar muss man sich als eine Kugel mit dem ungefähren Durchmesser von 20 – 30 km (der Entfernung Bornheim-Köln) und der 200 Milliardenfachen Schwerkraft der Erde vorstellen. Er besitzt ein tausendmal so starkes Magnetfeld wie die Erde und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 3,5 Millionen km/h, so dass sie die Entfernung Bonn-Aberdeen in 2 Sekunden zurücklegen könnten. Die Energie, die ein Pulsar abstrahlt, würde ausreichen, den Energiebedarf der Erde für die Lebenszeit des Universums zu decken. Das Radioteleskop Effelsberg war das erste Radioteleskop, das Pulsare bei einer Wellenlänge von 7mm beobachten konnte. Die Ergebnisse sind sehr interessant, da sie Hinweise auf bis dahin noch unverstandene Emissionsprozesse liefern. Später wurde dieser Rekord zusammen mit französischen und spanischen Astronomen auf 3mm gesteigert!



Links: Das Modell eines Pulsars; Rechts: Der Krebsnebel, in dessen Zentrum sich ein Pulsar befindet.



IDV-Kurzzeitvariablität aktiver Galaxienkerne



Oben: Die VLBI-Karte des aktiven Galaxienkerns S5 0716+71; Unten: Die Variationen der radio und optischen Lichtkurve von S5 0716+71 an mehreren Tagen.

Als aktive Galaxienkerne (AGK) werden besonders starke Strahlungsquellen bezeichnet, die sehr weit von der Erde entfernt sind. Im Zentrum des AGKs ist ein Schwarzes Loch. Um das Schwarze Loch herum ist die sogenannte Akkretionsscheibe, in der sich Materie befindet, die von dem Schwarzen Loch angezogen wird. Diese wird vom schwarzen Loch verschlungen, ein Teil jedoch wird von zwei einander entgegengerichteten Plasmajets bis zu hunderttausend Lichtjahre weit vom Zentrum weg transportiert. In unterschiedlichen Bereichen des Akkretionsscheibe-Jet Systems wird Energie in verschiedenen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums abgestrahlt. Die Strahlung der Jets kann besonders gut im Radiobereich gemessen werden. Mit Hilfe der Interferometrie mit sehr langen Basislinien (VLBI) können sehr genaue Karten der Jets erstellt werden. Die Kernregion dieser AGK ist besonders variabel. Wenn man diese Veränderungen der Intensität mit der Häufigkeit der Veränderungen ins Verhältnis setzt, kann man die Größe des AGKs errechnen. Zum Beispiel, wenn sich die Intensität einmal in der Woche verändert kann, der AGK nicht größer als 1 Lichtwoche sein. Deshalb nahm man an, dass es keine AGKs geben kann, die auf noch kürzeren Zeitskalen variieren. Bis das Radioteleskop Effelsberg im Mai 1985 Variationen der Intensität innerhalb von nur einem Tag bei einem BL-Lacertae-Objekt fest stellte. Hier wurde der Intraday Variability Effekt (IDV) zum ersten Mal festgestellt und noch viele weitere IDV-Quellen wurden in den nächsten Jahren entdeckt.

Die gasförmigen Überreste von Supernovae

Zwei Ausschnitte aus dem 11cm Survey des Radioteleskops Effelsberg. Oben die Cygnus Region mit mehreren Supernovae Überresten. Unten der Supernova Überrest G116.5+1.1 im Detail.

Sterne mit einer Masse, die die der Sonne um ein Vielfaches übersteigt, beenden ihr Leben mit einer gewaltigen Supernova-Explosion. Meist bleibt ein Neutronenstern (siehe oben) übrig. Der größere Massenanteil wird mit einer Geschwindigkeit von ca. 10000 km/s in den Raum zwischen den Sternen abgestoßen. Bei dieser gewaltigen Explosion kann ein Stern kurzzeitig so hell werden wie ein ganzes Milchstraßensystem. Ihren Namen haben die Supernovae den Astronomen Walter Baade und Fritz Zwicky zu verdanken, die ihnen den Namen im Jahre 1934 gegeben haben. Da die Sterne durch Kernfusion alle Elemente schwerer als Helium aufbauen, wird das Gas zwischen den Sternen durch Supernovaexplosionen mit diesen Elementen angereichert. Diese Überreste von Supernovae beobachtet das Max-Planck-Institut für Radioastronomie schon seit seiner Gründung. Die Wissenschaftler versuchen die Zusammenhänge zwischen interstellarem Gas und den Supernovaexplosionen besser zu verstehen. Das kann man besonders gut mit Radiowellen. Mit dem 100-m Radioteleskop sind im Rahmen des 11cm Surveys rund 20% aller bekannten Überreste entdeckt worden.




Erstellt von Klaus Pusacker, Gesamtschule der Stadt Brühl, unter der Anleitung von Herrn Dr. Uwe Bach.

ur 4/2013

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