Forschungsbeiträge zum Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft

Einsteins glücklichster Gedanke auf dem Prüfstand

Freire, Paulo; Kramer, Michael
Äußerst präzise Messungen der Bewegung eines schnell drehenden Pulsars in einem Dreifachsternsystem bieten einen zuverlässigen Prüfstand für eine einfache, aber grundlegende Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie: Die Schwerkraft beeinflusst alle Objekte mit der gleichen Beschleunigung, ohne Rücksicht auf ihre Zusammensetzung, Dichte oder die Stärke ihres eigenen Gravitationsfelds. Die Allgemeine Relativitätstheorie hat diesen Test, bislang einen der härtesten überhaupt, erneut überstanden. Außerdem schränkt er denkbare alternative Gravitationstheorien stark ein.

Das erste Bild vom Schatten eines Schwarzen Lochs

Zensus, J. Anton; Kramer, Michael; Menten, Karl M.; Britzen, Silke (2019)

Am 10. April 2019 wurde die erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs von einem Team von 347 internationalen Wissenschaftlern aus 59 Instituten in 18 Ländern veröffentlicht. Theoretische Arbeiten und indirekte Hinweise zur Existenz von Schwarzen Löchern gab es seit langem. Erst jetzt besaßen die Beobachtungen die notwendige Auflösung für ein Bild, ermöglicht durch eine Kombination von sieben, über die Erde verteilten Radioteleskopen, die das Zentrum der Galaxie M87 beobachteten. Mehr als 30 Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn sind an diesem Erfolg beteiligt.

Das Flugzeugobservatorium SOFIA enthüllt Gasbewegungen im Lagunennebel

Wyrowski, F.; Wiesemeyer, H.; Tiwari, M.; Klein, B.; Menten, K.M. (2018)

Das Flugzeug-Observatorium SOFIA erlaubt astronomische Beobachtungen im Ferninfrarot-Bereich, der vom Boden aus nicht zugänglich ist. Hier befinden sich die wichtigsten Spektrallinien, die für das Kühlen des interstellaren Mediums verantwortlich sind. Unsere Gruppe hat mit dem upGREAT-Empfänger auf SOFIA die Feinstrukturlinie des ionisierten Kohlenstoffes im Lagunennebel gemessen. Hieraus lassen sich erstmals die Gasbewegungen in der unmittelbaren Umgebung des Nebels ermitteln.

Zoom ins Herz einer Radiogalaxie

Boccardi, Bia (2017)

Die Entstehung relativistischer Jets in aktiven Galaxien ist ein immer noch nicht vollständig verstandener physikalischer Prozess. Entscheidend für die Überprüfung theoretischer Modelle ist die Beobachtung von Strahlung aus der unmittelbaren Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs. Dazu wurde die Galaxie Cygnus A mit weltweit vernetzten Radioteleksopen bei Millimeterwellenlängen beobachtet und damit ein hochaufgelöstes Bild des Jet-Fußpunkts erzielt. Die Analyse von Kinematik und interner Struktur zeigen, dass es sich bei dem Jet um einen durch Magnetfelder beschleunigten Scheibenwind handelt.

Radioblitze aus der Tiefe des Weltalls

Spitler, Laura (2016)

Seit zehn Jahren entdecken Radioastronomen immer wieder flüchtige, starke Blitze von Radiowellen, ausgesandt von unbekannten astronomischen Quellen außerhalb unserer eigenen Galaxie. Die Entdeckung dieser sogenannten schnellen Radioblitze, oder FRBs gemäß der Abkürzung im Englischen, hat vor allem deshalb für große Aufregung gesorgt, da die geschätzte Entfernung der FRBs 100 Millionen bis einige Milliarden Lichtjahre beträgt. Es ist ein astrophysikalisches Rätsel, was für eine Quelle einen so starken Radioblitz erzeugen kann.

Astro-Archäologie mit dem APEX-Teleskop: Eine historische Sternkarambolage als neuartige Quelle von interstellaren Molekülen

Menten, Karl M.; Kamiński, Tomasz (2015)

Mit dem APEX-Teleskop wurde die Position der ältesten (1670) historisch dokumentierten „Nova”-Explosion beobachtet. Es wurde die Strahlung einer Vielzahl verschiedener, sogar organischer Molekülsorten nachgewiesen. Deren isotopologische Zusammensetzung impliziert, dass keineswegs „normales” interstellares Gas gefunden wurde, sondern Material, das bei der Kollision zweier Sterne freigesetzt wurde. Diese neue Quelle interstellarer Moleküle erlaubt es, das Endprodukt einer Verschmelzung zweier Sterne zu untersuchen, ein Prozess, der möglicherweise weit häufiger vorkommt als bislang vermutet.

Paare Schwarzer Löcher in Galaxienkernen

Komossa, S.; Britzen, S. (2014)

Paare Schwarzer Löcher sind ein wichtiger Bestandteil in unserem Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Verschmelzende Schwarze Löcher zählen zu den stärksten Quellen von Gravitationswellen im Universum. Mittels hochauflösender Radiointerferometrie werden enge Paare Schwarzer Löcher direkt räumlich aufgelöst oder deren Fingerabdruck in Radiojets nachgewiesen. Bei engsten Paaren bedient man sich indirekter Methoden. So konnten kürzlich erstmals Hinweise auf den Einfluss eines Binärsystems auf die Lichtkurve eines Röntgenausbruchs einer nicht-aktiven Galaxie gefunden werden.

Das Square Kilometre Array (SKA) − Das Radioteleskop für die kommenden Generationen

Klöckner Hans-Rainer (2013)

Das SKA wird das größte und bei weitem empfindlichste Radioteleskop der Welt sein. Aufgrund der Kombination aus technischer Innovation, beispielloser Vielseitigkeit und Empfindlichkeit wird das SKA in den nächsten 50 Jahren ein Eckpfeiler der weltweiten Bemühungen sein, das Universum, seine Gesetze sowie seine Herkunft und Entwicklung zu verstehen. Für das Jahr 2014 steht nun die Weichenstellung für den konkreten Bauplan des SKA an. Hierbei sind die deutsche SKA-Arbeitsgemeinschaft sowie Mitarbeiter der MPG an zahlreichen wissenschaftlichen und technischen Machbarkeitsstudien beteiligt.

Infrarot-Interferometrie von Staub- und Gasscheiben in der Umgebung von jungen Sternen

Kreplin, Alexander; Weigelt, Gerd; Grinin, Vladimir; Hofmann, Karl-Heinz; Schertl, Dieter; Tambovtseva, Larisa (2013)

Infrarot-Interferometrie mit drei oder mehr Einzelteleskopen kann eine Winkelauflösung liefern, die so hoch ist wie die theoretische Auflösung eines Teleskops mit einem Spiegeldurchmesser von 130m. Es ist sogar möglich, Infrarot-Interferometrie-Messungen sowohl mit hoher Winkelauflösung, als auch gleichzeitig mit hoher spektraler Auflösung durchzuführen. Das ermöglicht einmalige Einblicke in die zirkumstellaren Scheiben von jungen Sternen und die Erforschung des Akkretionsprozesses. Es werden Messungen der jungen Sterne KK Oph und MWC 297 gezeigt.

Die Wiege der Sonne

Pfalzner, Susanne (2012)

Die Sonne entstand vor 4,6 Milliarden Jahren und befindet sich heute in einem Gebiet niedriger Sternendichte. Susanne Pfalzner und das Team ihrer Minerva-Gruppe untersuchen, ob die Sonne in einer solch dünn besiedelten Region entstand oder ihr Geburtsort ganz anders aussah. Sie finden eine Vielzahl von Hinweisen, dass gleichzeitig mit unserer Sonne viele andere Sterne in ihrer Nähe entstanden sind und dies entscheidend unser Planetensystem geprägt hat. Die Verbindung von Theorie und Beobachtung erlaubt es erstaunlich genau den Geburtsort der Sonne zu charakterisieren.

Eine Detailaufnahme der schnellen Jets von supermassiven schwarzen Löchern

Savolainen, Tuomas (2012)

Supermassive schwarze Löcher können der Ursprung schneller, gebündelter Jets aus magnetisiertem Plasma sein, die Energie von einem zentralem System, bestehend aus schwarzem Loch und Akkretionsscheibe, über Entfernungen von hunderttausenden von Lichtjahren wegtransportieren. Viele physikalische Prozesse in den Jets sind noch nicht komplett verstanden, darunter deren Entstehung und Stabilität sowie die Struktur der Magnetfelder. Langzeitstudien einer großen Auswahl von Jets mit ultrahochauflösender Radiointerferometrie zeigen erste Fortschritte bei der Beantwortung noch offener Fragen.

Staubtori in aktiven galaktischen Kernen

Tristram, Konrad R. W.; Kishimoto, Makoto; Weigelt, Gerd (2011)

Im Zentrum von vielen Galaxien befinden sich Schwarze Löcher mit Massen von Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Das Wachstum dieser supermassereichen Schwarzen Löcher ist ein fundamentaler Bestandteil der Entwicklung von Galaxien. Eine toroidale Verteilung aus Gas und Staub, der sogenannte Staubtorus, spielt dabei eine zentrale Rolle als Masse-Reservoir für die Akkretion auf das Schwarze Loch. Erst seit wenigen Jahren ist es mithilfe der Infrarot-Interferometrie möglich, die kompakten Strukturen und die physikalischen Eigenschaften solcher Tori direkt zu erforschen.

Langwellig, aber keineswegs langweilig: LOFAR – das neue Software-Teleskop für Radiowellen

Beck, Rainer; Verbiest, Joris P. W.; Anderson, James M.; Kramer, Michael (2011)

Das neue Radioteleskop LOFAR für Meterwellen, entworfen von ASTRON in den Niederlanden, ist das online-vernetzte Teleskop mit der weltweit größten Sammelfläche. Es besteht aus Stationen in den Niederlanden, Deutschland, Frankreich, Schweden und Großbritannien, gemeinsam betrieben als Internationales LOFAR-Teleskop (ILT). Es erschließt viele neue Möglichkeiten. Das MPI für Radioastronomie erforscht damit Pulsare und Magnetfelder in unserer Milchstraße und Galaxien. Mit dem 100m-Spiegel und der LOFAR-Station in Effelsberg können Pulsprofile von 9 mm bis 10 m Wellenlänge gemessen werden.

Entdeckungen neuer molekularer Ionen mit dem APEX Teleskop

Wyrowski, Friedrich; Menten, Karl; Güsten, Rolf; Belloche, Arnaud (2010)

Hydride sind von besonderer Bedeutung für interstellare Chemie, da sie die Anfangsprodukte für komplexere Moleküle darstellen. Mit dem APEX- Submillimeter-Teleskop in der Atacama-Wüste in Chile gelang uns der Nachweis der wichtigen ionisierten Hydride SH⁺ und OH⁺ in Absorption vor dem starken Kontinuum der Sternentstehungsregion Sgr B2(M). Die Beobachtungen zeigen, dass diese Moleküle in diffusen Wolken häufig sind. Um diese Hydride in diffusen Wolken und massereichen Sternentstehungsgebieten systematisch zu erfassen, beobachteten wir die stärksten Submillimeter-Staubquellen der Milchstraße.

Aktive Galaxienkerne als hochenergetische Teilchenbeschleuniger: Erforschung der physikalischen Prozesse in der Nähe von Schwarzen Löchern

Fuhrmann, Lars; Zensus, Johann Anton; Angelakis, Emmanouil; Krichbaum, Thomas (2010)

Aktive Galaxien und deren innerste Kernbereiche beherbergen extreme physikalische Phänomene. Mithilfe von supermassiven Schwarzen Löchern erzeugen sie enorme Energiemengen und oft auch hoch-energetische Gammastrahlen im MeV/GeV-Energiebereich. Viele der physikalischen Prozesse sind bisher im Detail nicht verstanden, etwa die Erzeugung der hochrelativistischen Plasmajets oder die Herkunft der Gammastrahlung sowie deren Variabilität über das ganze elektromagnetische Spektrum. Neue Beobachtungsinstrumente und -programme erlauben nun tiefere Einsichten in die extreme Physik dieser Objekte.

Infrarot-Interferometrie von Aktiven Galaktischen Kernen

Hönig, Sebastian; Hofmann, Karlheinz; Kishimoto, Makoto; Tristram, Konrad; Weigelt, Gerd (2009)

Durch die Fortentwicklung der Infrarot-Interferometrie können die Staubtori in Aktiven Galaxien direkt, räumlich aufgelöst beobachtet werden. Diese Ansammlung von Gas und Staub im Torus bildet das Masse-Reservoir für die Akkretion auf das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie. Es konnte nun die Struktur und Verteilung des Materials im Torus genauer untersucht werden. Hiervon erhofft man sich, Rückschlüsse auf physikalische Gegebenheiten zu ziehen, die zum Wachstum des Schwarzen Lochs führen.

Radiopulsare testen fundamentale Physik im Weltraum

Kramer, Michael; Wex, Norbert (2009)

Radiopulsare sind extrem kompakte Neutronensterne, die zum Teil eine Rotationsstabilität aufweisen, die sich mit der Ganggenauigkeit der besten Atomuhren vergleichen lässt. Insbesondere Doppelstern-Pulsare erweisen sich daher als ideale Testlabors für die Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie in starken Gravitationsfeldern. Die beobachteten Bahnveränderungen bei Pulsaren in Doppelsternsystemen liefern den bisher einzigen handfesten Beweis für die Existenz von Gravitationswellen. Es wird erwartet, dass uns Pulsare in den nächsten Jahren die direkte Messung von Gravitationswellen supermassereicher Schwarzer Löcher erlauben werden.

Wasser im frühen Universum

Impellizzeri, C.M. Violette; McKean, John P.; Castangia, Paola; Roy, Alan L.; Henkel, Christian; Brunthaler, Andreas; Wucknitz, Olaf (2008)

Gerade viele der interessantesten, weil aktivsten Kernregionen von Milchstraßensystemen sind nicht leicht zu beobachten. Dichte Staubwolken versperren den Zugang im optischen oder ultravioletten Licht. Beobachtungen im fernen Infrarot oder im Röntgenbereich sind schwierig, weil die Winkelauflösungen nicht hoch genug sind um die Materie in der unmittelbaren Umgebung der in Galaxienkernen vermuteten extrem massereichen Schwarzen Löcher zu kartieren. Die 1,3-cm-Linie des Wasserdampfs, die stärkste Spektrallinie im Radiobereich, ist dagegen für solche Zwecke hervorragend geeignet. Die Linie erlaubt es auch unter normalen Wetterbedingungen, Wasser in fernen Galaxien aufzuspüren und mit allerhöchster Auflösung zu kartieren. Das dient nicht nur der Vermessung von Ausdehnung und Form von Akkretionsscheiben und der Massenbestimmung von Galaxienkernen, sondern kann auch verwendet werden, um auf direkte Weise die Distanz zu diesen Galaxien zu ermitteln. Dies wiederum lässt hoffen, die Expansionsgeschwindigkeit des Universums mit bislang unerreichter Genauigkeit zu bestimmen und damit auch die Zustandsgleichung der „Dunklen Energie“ einzugrenzen. Im Folgenden wird vom ersten Nachweis von Wasser im frühen Universum berichtet. Dieses Resultat wurde von einer Doktorandin des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie mit dem 100-m-Teleskop in Effelsberg erzielt und mit dem Very Large Array in New Mexico bestätigt.

ATLASGAL: Die APEX-Durchmusterung unserer Milchstraße im kalten Staub

Wyrowski, Friedrich; Schuller, Frédéric; Menten, Karl M. (2008)

Das ATLASGAL-Projekt ist eine komplette Durchmusterung unserer Milchstraße im kalten Staub mit der neuen Submillimeter-Bolometer- Kamera am APEX-Teleskop. Unser Ziel ist es, eine einzigartige, vollstaendige Datenbasis massereicher Sternentstehungsgebiete zu erstellen, um besser zu verstehen wie und unter welchen Bedingungen massereiche Sternentstehung stattfindet. Solch eine systematische Kartierung der Galaktischen Ebene im Submillimeter-Wellenlängenbereich ist auch wegweisend für kommende Beobachtungen mit dem Herschel-Weltraumteleskop und dem ALMA- Interferometer.

Infrarot-Interferometrie des rätselhaften Sterns η Carinae

Driebe, Thomas; Hofmann, Karl-Heinz; Kraus, Stefan; Schertl, Dieter; Weigelt, Gerd (2007)

Messungen mit dem Very Large Telescope Interferometer der Europäischen Südsternwarte ermöglichten erstmalig spektro-interferometrische Untersuchungen des leuchtkräftigen, veränderlichen Sterns η Carinae mit hoher spektraler Auflösung [1]. Ziel war die Erforschung des undurchsichtigen Sternwindes von η Carinae mit einer Winkelauflösung von 5 Milli-Bogensekunden.

Der innere Jet der Radiogalaxie M87

Kovalev, Yuri (2007)

Ein neues Radiobild des inneren Jets der Radiogalaxie M87 wurde am Max-Planck-Institut für Radioastronomie erstellt. Es ist beispiellos in seiner Kombination von Empfindlichkeit und räumlicher Auflösung und liefert daher Details bis hinunter zu einer Größe von nur drei Lichtmonaten. Es zeigt einen hoch-kollimierten Jet, der an seinen Rändern aufgehellt erscheint, als auch einen schwachen Gegenjet. Beides wird im Rahmen aktueller theoretischer Modelle analysiert.

Erste wissenschaftliche Ergebnisse des Atacama-Pathfinder-Experiments

Wyrowski, Friedrich; Menten, Karl M. (2006)

Das 12-m-Submillimeter-Teleskop des Atacama-Pathfinder-Experiments erfüllt schon im ersten Jahr wissenschaftlicher Beobachtungen alle Erwartungen an Empfindlichkeit und Abbildungsqualität, die für Untersuchungen des „kalten Universums“ nötig sind. Die neuen Forschungsergebnisse betreffen Fragen der Sternentstehung sowie der Astrochemie: Die Beobachtung molekularer Ausflüsse ermöglicht das Studium der Frühphasen der Sternentstehung, Kartierungen von Riesenmolekülwolken geben Aufschluss über die Entwicklungssequenz massereicher Sterne, und schließlich gelang die erstmalige Entdeckung eines bisher unbekannten interstellaren Moleküls.

LOFAR - eine neue Generation von Radioteleskopen

Beck, Rainer; Reich, Wolfgang (2005)

LOFAR, das Low Frequency Array, das erste Radioteleskop einer neuen Generation, arbeitet in dem bisher weitgehend unerforschten Frequenzbereich zwischen 30 und 240 MHz. Die Bilder erzeugt ein Supercomputer aus den digitalen Signalen einer großen Zahl von unbeweglichen Dipolantennen in 77 niederländischen und mindestens 12 deutschen Stationen. Die erste deutsche Station wird 2006 neben dem 100-m- Radioteleskop Effelsberg gebaut.

Infrarot-Interferometrie der Aktiven Galaxie NGC 1068

Beckert, Thomas; Hofmann, Karlheinz; Hönig, Sebastian; Schertl, Dieter; Weigelt, Gerd (2004)

Speckle-interferometrische Messungen sowie Interferometrie mit langen Basislinien mit den Instrumenten VINCI und MIDI des Very Large Telescope Interferometers (VLTI) ermöglichten in den letzten Jahren die Auflösung des Kerns der Aktiven Galaxie NGC 1068 bei infraroten Wellenlängen im Bereich von 1,65 bis 13 µm. Damit kann nun erstmalig die innere Torus-Region in der Umgebung des Schwarzen Lochs von NGC 1068 direkt untersucht und mit Modellvorhersagen verglichen werden.

Der schärfste Blick ins All: Neue Grenzen in interkontinentaler Radiointerferometrie

Middelberg, Enno; Brunthaler, Andreas; Falcke, Heino; Greenhill, Lincoln L.; Henkel, Christian; Reid, Mark; Roy, Alan L.; Walker, R. Craig (2004)

Der jüngste Fortschritt in der Interferometrie mit langen Basislinien (VLBI) hat die Technik, die die höchste Auflösung in der Astronomie liefert, an neue Grenzen geführt. Bei sehr hohen Frequenzen werden anspruchsvolle Beobachtungen durchgeführt, die sich durch die Auswirkungen der wechselnden Atmosphäre zusammen mit der geringeren Empfindlichkeit der Empfänger sehr viel schwieriger gestalten. Am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn wurde zur Durchführung erfolgreicher Beobachtungen bei einer Wellenlänge von 3mm eine neue Kalibrationstechnik entwickelt indem man quasi-simultane Beobachtungen bei niedrigeren Frequenzen extrapoliert. Ein weiteres spektakuläres Ergebnis ist die erstmalige Messung der Bewegung einer benachbarten Galaxie mithilfe von sehr präzisen astrometrischen Beobachtungen. Mit einer Genauigkeit im Mikrobogensekunden-Bereich wurde die Bewegung der Galaxie M33 in der Lokalen Gruppe erfolgreich bestimmt. In beiden Fällen wurden die Resultate durch Doktoranden im Rahmen der Bonner International Max Planck Research School for Radio and Infrared Interferometry erzielt.

Die Suche nach Biomolekülen in Interstellaren Wolken

Menten, Karl M. (2003)

Mit dem Einsatz von innovativen Detektoren an den leistungsfähigsten Teleskopen bei Radio- und (Sub)millimeter-Wellenlängen ist die Suche nach komplexen, organischen Molekülen im interstellaren Medium in eine neue Phase getreten. Besonders in den dichten, warmen Hüllen leuchtkräftiger Protosterne werden immer komplexere chemische Verbindungen entdeckt. Die von dichten, heißen Molekülwolken gefüllte Umgebung des Zentrums unserer Galaxis nimmt bei diesen Studien eine Sonderstellung ein: Dort werden mehr solcher Moleküle gefunden als in jeder anderen Region.

Hochauflösende Untersuchungen von Aktiven Galaxienkernen

Huege, Tim; Kadler, Matthias; Ros, Eduardo; Witzel, Arno; Zensus, Anton (2003)

Die Zentren von aktiven galaktischen Kernen stellen das Hauptarbeitsgebiet der Gruppe von Dr. Anton Zensus dar. Mit höchstmöglicher Auflösung wird die Umgebung der Kernmaschinen (massereiche Schwarze Löcher) mit Interferometrie im Radiowellenbereich (VLBI) beobachtet und durch Vergleich mit Beobachtungen in allen verfügbaren Wellenlängenbereichen verknüpft, um die physikalischen Bedingungen und Vorgänge in diesen energiereichsten Objekten im Kosmos zu studieren. Zudem werden kosmologische Fragestellungen, speziell zum kosmischen Mikrowellenhintergrund, untersucht.

Kosmische Magnetfelder

Beck, Rainer; Berkhuijsen, Elly M.; Fletcher, Andrew; Jessner, Axel; Krause, Marita; Löhmer, Oliver; Mitra, Dipanjan; Wielebinski, Richard mit Ch. Chyzy, M. Soida, M. Urbanik (Univ. Krakau, Polen), A. Shukurov (Univ. Newcastle, UK), D. Moss (Univ. Manchester, UK), D. Sokoloff (Univ. Moskau, Russland), H. Roussel (Caltech Pasadena, USA), M. Kramer (Jodrell Bank, UK), J.A. Brown (Calgary, Kanada) (2003)

Magnetfelder sind überall im Kosmos anzutreffen, aber ihre Rolle bei der Bildung von Galaxien, Spiralarmen und Sternen ist noch immer unverstanden. Neue Radiokarten, gemessen am 100-m-Teleskop Effelsberg und kombiniert mit Daten vom Very Large Array/USA, zeigen eine enge Verbindung zwischen turbulenten interstellaren Magnetfeldern und kalten Gaswolken. Ausgerichtete Magnetfelder sind dagegen zwischen den Spiralarmen oder sogar quer zu diesen orientiert. - Aus neuen Messungen der Faraday-Rotation von Pulsar-Signalen konnte die Struktur des lokalen Magnetfeldes in unserer Milchstrasse bestimmt werden. In einem ausgewählten Gebiet wurde nachgewiesen, dass eine heisse Gaswolke das Magnetfeld verbiegt.

Frühstadien massereicher Sterne

Beuther, Henrik; Schilke, Peter; Menten, Karl M.; Bertoldi, Frank; Schmid-Burgk, Johannes (2002)

Sterne sind stark selbstgravitierende Gasklumpen, in deren Innerem Dichten und Temperaturen herrschen, die Energieerzeugung durch Kernfusion ermöglichen. Die Mindestmasse eines solchen kosmischen Fusionsreaktors ist ungefähr 0.08 Sonnenmassen, ein Wert, der aus den für die einfachsten Fusionsreaktionen notwendigen Temperaturen folgt. Die maximal mögliche Masse eines Sterns ist unklar - bekannt sind Sterne mit bis zu 100 Sonnenmassen.

Teilchen mit den größten beobachteten Energien im Universum

P.L. Biermann, H. Falcke, S. Casanova, T. Kellmann, Hyesook Lee, S. Markoff, A. Meli, G. Pavalas, V. Tudose, A. Vasile mit Eun-Joo Ahn (Univ. Chicago) A. Donea (Univ. Adelaide), Hyesung Kang (Pusan National Univ.,) P. Kronberg (Univ. Toronto und Los Alamos), N. Langer (Univ. Utrecht), G. Medina-Tanco (Univ. Sao Paolo), N. Nemes (Univ. Cluj-Napoca), A. Popescu (Univ. Bukarest), G. Pugliese (Santa Cruz), W. Rhode (Univ. Wuppertal), Dongsu Ryu (Chungnam National Univ.), Daejeon, Eun-Suk Seo (Univ. of Maryland, College Park,) G. Sigl (Institut d'Astrophysique, Paris,) T. Stanev (Bartol Research Inst., Univ. of Delaware, Newark), Y. Wang (Purple Mountain Observatory, Nanjing), T. Kephardt, T. Weiler, S. Wick (Vanderbilt Univ., Nashville) (2002)

Teilchen mit den größten Energien werden in den Beschleunigern bei CERN, DESY, Fermilab und Stanford zur Untersuchung dessen benutzt, was die Welt im Innersten zusammenhält. Aber wir beobachten Teilchen mit Energien, welche die im Labor erzeugten um das Millionenfache übertreffen: Energien bis zu 3 x 10²⁰ eV (das sind 50 Joule). Diese Teilchen von Energien um 10²⁰ eV, ihre Natur, ihre Herkunft, ihre Wechselwirkungen zu erforschen ist daher eine der größten Herausforderungen der Physik heute.

Schwarze Löcher im Radiolicht

Alef, Walter; Falcke, Heino; Graham, Dave; Kraus, Alex; Krichbaum, Thomas; Lobanov, Andrew; Porcas, Richard; Ros, Eduardo; Witzel, Arno; Zensus, J. Anton (2001)

Schwarze Löcher faszinieren Wissenschaftler und Laien gleichermaßen. Zwar gibt es heute viele gute Argument für ihre Existenz, aber gesehen hat sie bisher niemand. Dies ist nicht verwunderlich, denn die besondere Eigenschaft Schwarzer Löcher ist ja, dass sie Licht und Material unwiederbringlich verschlucken. Hinzu kommt, dass Schwarze Löcher im astrophysikalischen Maßstab sehr klein sind, so dass selbst Teleskope mit höchster Vergrößerung sie bisher nicht abzubilden vermochten. Dies könnte sich aber aufgrund der stürmischen Entwicklung der Radioastronomie in absehbarer Zeit ändern. Schon heute erreichen Radiointerferometer mit interkontinentalen Basislängen (VLBI) räumliche Auflösungen, die um Größenordnungen über denen anderer Methoden liegen und ein Ende dieser Entwicklung ist nicht abzusehen. Radiointerferometer sind daher nicht nur ideale Werkzeuge für das Studium Schwarzer Löcher in der Zukunft, auch jetzt schon sind sie hervorragend dafür geeignet, Schwarze Löcher in großer Zahl aufzuspüren, wie Studien am MPIfR in Bonn belegen.

Magnetfelder in der Milchstraße

Beck, Rainer, Fürst, Ernst; Krause, Marita; Reich, Patricia; Reich, Wolfgang; Wielebinski, Richard; Wolleben Maik mit Bülent Uyaniker (DRAO/Kanada) (2001)

Welche Rolle spielen Magnetfelder im Universum? Waren sie von Anfang an vorhanden oder wurden sie erst im Laufe der Entwicklung des Universums erzeugt? Magnetfelder werden in Galaxien und Quasaren mittels ihrer Radioemission gemessen. Doch welche Bedeutung haben sie bei der Entwicklung von Galaxien und Galaxienhaufen? Welchen Einfluß nehmen Magnetfelder auf die Entstehung neuer Sterne oder welchen Effekt haben die Stoßwellen explodierender Sterne auf das Magnetfeld ihrer Umgebung und auf das galaktische Magnetfeld insgesamt? Es gibt viele Meinungen und Theorien zu diesen Fragen, doch genaue Beobachtungen sind erforderlich, um klärende Antworten zu geben. Erhebliche Fortschritte in der Beobachtungstechnik der Radioastronomie machen es jetzt möglich, das Magnetfeld unserer Milchstraße genauer zu untersuchen. Dabei sind einige sehr überraschende Beobachtungsergebnisse erzielt worden.

Die Geschichte der Sternentstehung im frühen Universum

Bertoldi, Frank; Kreysa, Ernst; Menten, Karl M. mit Chris Carilli (NRAO, Socorro/USA) (2000)

Wann haben sich die Galaxien im frühen Universum gebildet, und wann sind in ihnen die Sterne entstanden? Dieses sind fundamentale, offene Fragen der Kosmologie, deren Beantwortung wir uns mit grossen Schritten nähern.

Infrarot-Interferometrie

Blöcker, Thomas; Driebe, Thomas; Hannemann, T.; Hofmann, Karl-Heinz; Lichtenthäler, J.; Menshchikov, A.; Preibisch, Thomas; Osterbart, Roger; Schertl, Dieter; Weigelt, Gerd; Wittkowski, Markus mit Markus Schöller, ESO/Garching (2000)

Die Infrarot-Interferometrie wird völlig neue Möglichkeiten für die astrophysikalische Forschung eröffnen. So wird in wenigen Jahren das Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europäischen Südsternwarte hochaufgelöste Bilder liefern, die bis zu 100mal schärfer sein werden als Aufnahmen des Hubble Space Telescope (HST). Das VLTI wird aus vier 8-m-Teleskopen und drei fahrbaren 1,8-m-Teleskopen mit Abständen bis zu 200 m Länge bestehen. Bei der Wellenlänge 1,65 µm wird eine Auflösung von 2 Millibogensekunden erreichbar sein.

Magnetfelder und Gas in Galaxien

Beck, Rainer; Berkhuijsen, Elly M.; Nieten, Christoph; Wielebinski, Richard mit Neininger, Nikolaus (Radioastronomisches Institut der Universität Bonn); Guélin, Michel; Ungerechts, Hans; Lucas, Robert (IRAM); Ehle, Matthias (MPE, Garching); Shoutenkov, Vladimir (Pushchino Radio Astronomy Station/Rußland); Shukurov, Anvar (University of Newcastle/Großbritannien); Sokoloff, Dmitry (Moscow State University/Rußland) (1999)

Die Untersuchung von Galaxien ist in ein neues Stadium eingetreten. Waren in früherer Zeit Informationen über Galaxien mit sehr unterschiedlicher räumlicher Auflösung in den verschiedenen Spektralbereichen den Astronomen zugänglich, so sind jetzt durch die konsequente Entwicklung neuer Teleskope (insbesondere neuer Radioteleskope) Daten von vergleichbarer Güte verfügbar. Mit diesen Daten können die physikalischen Vorgänge in Galaxien besser interpretiert werden.

Millimeterwellen- und Weltraum-VLBI: ein neues Kapitel der Radioastronomie

Zensus, J. Anton; Preuss, Eugen; Witzel, Arno; Krichbaum, Thomas; Lobanov, Andrew (1999)

VLBI (Very-Long-Baseline Interferometry) oder Radiointerferometrie mit großen Basislängen ist eine Methode zur Verknüpfung von geographisch weit verteilten Radioantennen zu einem Verbundnetzwerk, das von Astronomen praktisch wie ein einziges Riesenradioteleskop genutzt werden kann. Der Durchmesser solcher Netzwerke reicht von einigen 100 km bis zum Erddurchmesser und erreicht sogar 30000 km beim aktuellen Stand der Weltraum-VLBI. Die im cm- und mm-Wellenbereich betriebenen VLBI-Netzwerke sind die größten abbildenden Teleskope, die je in den Weltraum hinausgeschaut haben. "Größe" meint hier nicht nur Abmessung in Kilometern sondern auch Durchmesser, gemessen in Beobachtungswellenlängen, und die damit erreichbare Winkelauflösung im Bereich von Tausendstel Bogensekunden und besser.

Speckle-interferometrische Untersuchungen von jungen stellaren Objekten, Sternen in späten Entwicklungsstadien und Seyfertgalaxien

Blöcker, Thomas; Gauger, Andreas; Hofmann, Karl-Heinz; Lichtenthäler, J.; Osterbart, Roger; Schertl, Dieter; Weigelt, Gerd; Wittkowski, Markus mit Yuri Balega/SAO, Thomas Beckert, Wolfgang J. Duschl, Mathias Scholz/Univ. Heidelberg, A.J. Fleischer, Jan M. Winters/Univ. Berlin, Norbert Langer, Hans Zinnecker/Univ. Potsdam (1998)

Speckle-interferometrische Abbildungsmethoden liefern sehr hohe Winkelauflösung, weil sie die auflösungsbegrenzende Wirkung der Erdatmosphäre vollständig überwinden können. Mit dem russischen 6-m-Teleskop konnten wir z.B. erstmalig im optischen Spektralbereich bei der Wellenlänge 550 nm beugungstheoretische Bilder mit der faszinierenden Auflösung von 19 Millibogensekunden rekonstruieren und im Infraroten bei der Wellenlänge 2,2 Mikron (= 0.0022 mm, K-Band) Bilder mit 76 Millibogensekunden Auflösung erhalten. Damit ist es uns jetzt möglich, viele Schlüsselobjekte mit bisher bei optischen und infraroten Wellenlängen unerreichter Auflösung zu untersuchen. Noch sehr viel höhere Winkelauflösung wird in Zukunft durch optische Long-Baseline-Interferometrie mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte und dem Large Binocular Telescope in Arizona erzielt werden können.

Kurzzeitvariabilität Aktiver Galaxienkerne

Witzel, Arno; Kraus, Alex; Krichbaum, Thomas P.; Zensus, J. Anton mit Quirrenbach, Andreas (UCSD, San Diego, USA); Qian, Shangjie (BAO, Peking, VR China), Heeschen, David S. (NRAO, Charlottesville, USA) (1998)

Als in den sechziger Jahren Variationen der Radioemission von Aktiven Galaxienkernen (AGK) auf Zeitskalen von Wochen bis Monaten entdeckt wurden, diente dies auch zur Klärung der Frage nach der Natur der physikalischen Ursachen der Strahlung dieser energiereichsten Objekte im uns bekannten Kosmos: Inkohärente Synchrotronstrahlung ist es, die von den Radioteleskopen registriert wird, d.h. Strahlung von fast lichtschnell in Magnetfeldern spiralierenden Elektronen. Seitdem dienten Variabilitätsuntersuchungen als ein wichtiges "Werkzeug" zur Untersuchung von Galaxien und speziell von aktiven Galaxienkernen, da die beobachteten Zeitskalen der Intensitätsvariationen ein Maß für die Größe der strahlenden Region sind: Nach der speziellen Relativitätstheorie kann sich keine Information schneller als das Licht ausbreiten; somit ergibt sich als obere Grenze für die Ausdehnung des strahlenden Objekts das Produkt aus beobachteter Zeitskala (der Strahlungsänderung) und Lichtgeschwindigkeit.

Radiostudien von Gravitationslinsen

Patnaik, Alok R.; Porcas, Richard W.; Henkel, Christian, Menten, Karl M. (1997)

Besonders kompakte Materieansammlungen im Universum können elektromagnetische Strahlung, z.B. Licht und Radiowellen, so ablenken, daß ein weit entferntes Hintergrundsobjekt wie mit einer Linse mehrfach abgebildet wird. Der Beobachter sieht zwei oder mehrere Bilder desselben Objekts mit identischen spektralen Eigenschaften, wobei das erzeugte Bild des Hintergrundsobjekts, abhängig von der Geometrie des Systems, vergrößert oder verkleinert und zusätzlich verzerrt wird. Bilder, die auf entgegengesetzten Seiten der Linse erscheinen, sind seitenverkehrt.

Staub in Galaxien

Chini, Rolf; Dumke, Michael; Haslam, C. Glyn T.; Krause, Marita; Kreysa, Ernst; Krügel, Endrik; Mezger, Peter G.; Neininger, Nikolaus; Reuter, Hans-Peter; Wielebinski, Richard; Zylka, Robert (1996)

Die Untersuchung von Staub in Galaxien hat sich in der letzten Dekade als selbständiges Forschungsgebiet herausgebildet. Voraussetzung und Anlaß dazu waren auf der technischen Seite die Inbetriebnahme geeigneter erdgebundener Teleskope, der Start von Infrarotsatelliten und die Entwicklung empfindlicher Detektoren. Astronomisch stehen zwei Problemkreise im Vordergrund, die aufs engste mit der Sternentstehung verbunden sind: Die Bestimmung zweier Fundamentalparameter einer Galaxie, nämlich ihrer Masse an interstellarer Materie Mgas und ihrer Leuchtkraft L, lassen sich aus der Staubemission ableiten. Ihre astronomische Aussagekraft findet den eindrucksvollsten Ausdruck in der Tatsache, daß das Verhältnis L/M_gas ein Maß für die Aktivität der Sternentstehung angibt und damit einen Weg zum Verständnis aktiver Galaxien ebnet. Bei nahen Galaxien erlaubt die heute erzielbare räumliche Auflösung, die Verteilung der interstellaren Materie innerhalb der Galaxie festzulegen und sie in Verbindung zur lokalen Sternentstehungsrate zu setzen.

Aktive Galaxienkerne

Witzel, Arno; Britzen, Silke; Graham, Dave; Krichbaum, Thomas P.; Standke, Kurt (1995)

Schwarze Löcher — kaum ein anderer Begriff aus der Astronomie hat in den letzten Jahren das Interesse einer weiten Öffentlichkeit so sehr gefunden und zu Spekulationen und Phantasien Anlaß gegeben. Ob diese exotischen Objekte bisher wirklich nachgewiesen sind, zum Beispiel als unsichtbare Partner in Doppel- oder Mehrfachsternsystemen, oder in ihrer massereicheren Variante als Zentralobjekte von Galaxien, wird noch immer zum Teil leidenschaftlich diskutiert. Sicher ist aber die Mehrzahl der Astrophysiker bereit, sehr massereiche Schwarze Löcher als die Zentren von Aktiven Galaxienkernen (AGK) anzusehen, die für die Erzeugung der gigantischen Energiemengen in diesen energiereichsten Objekten im Kosmos verantwortlich sind.

Pulsare - Leuchtfeuer im All

Kramer, Michael; Wielebinski, Richard (1994)

Wenn die 3200 Tonnen des Radioteleskops Effelsberg sich auf Bruchteile eines Millimeters genau auf Quellen ausrichten, die wir Pulsare nennen, so interessieren sich die Astronomen in diesen Moment für die kaum vorstellbaren, extremen Bedingungen, die in der Umgebung dieser Himmelskörper herrschen. Zur Verdeutlichung dieser Bedingungen stelle man sich eine Kugel vor, deren Durchmesser ungefähr der Entfernung Rheinbach-Bonn entspricht. Man stelle sich vor, daß diese Kugel die Masse von etwa einer halben Millionen Planeten Erde beinhaltet. An der Oberfläche dieser Kugel ist die Schwerkraft 200 Milliarden mal stärker als auf der Erde. Brächte man einen Kubikzentimeter Kugelmaterial auf die Erde, so würde dieser im Mittel 650 Millionen Tonnen wiegen! Man stelle sich vor, daß diese Kugel ein Magnetfeld besitzt, das an der Oberfläche bis zu tausend Milliarden mal stärker ist als jenes der Erde. Man stelle sich vor, daß diese Kugel mit bis zu 3.5 Millionen km/h durch das All rast, so daß sie die Entfernung Bonn-Madrid in zwei Sekunden zurücklegen könnte. Man stelle sich schließlich vor, daß sich diese Kugel in einer Sekunde ein bis 650 mal um sich selbst dreht. Durch das starke Magnetfeld wird die Kugel abgebremst, wobei ihre Rotationsenergie in verschiedenste Formen elektromagnetischer Strahlung verwandelt wird. Der erlittene Energieverlust erreicht leicht die Leuchtkraft der Sonne oder übersteigt je nach Rotationsgeschwindigkeit sogar 10³¹ (=10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) Watt. Die Energie, die pro Sekunde abgestrahlt wird, würde also ausreichen, um den gesamten Energieverbrauch auf der Erde für die komplette Lebenszeit des Universums zu decken. Solche außergewöhnlichen Objekte existieren. Man kann es als großen Triumph der Astrophysik ansehen, daß ihre Existenz schon 1934 lange vor ihrer Entdeckung vorhergesagt wurde. Erst im Sommer 1967 wurden von den Cambridger Astronomen Anthony Hewish und Jocelyn Bell gepulste Radiosignale beobachtet, die sich mit erstaunlicher Genauigkeit wiederholten. Diese zufällige Entdeckung wurde bald durch die unerwartete Erkenntnis erklärt, daß man die oben beschriebenen Objekte gefunden hatte. Sie wurden, da sie uns als pulsierende Radioquellen (engl. Pulsating Radiosource) erscheinen, Pulsare getauft.

Der Sternentstehung auf der Spur

Altenhoff, Wilhelm J.; Chini, Rolf; Cox, Pierre; Fiebig, Dirk; Güsten, Rolf; Haslam, C. Glyn T.; Hauschildt, Harald; Henkel, Christian; Huchtmeier, Walter K.; Hüttemeister, Susanne; Kreysa, Ernst; Lemke, Roland; Mauersberger, Rainer; Mezger, Peter G.; Schilke, Peter; Walmsley, Malcolm; Wilson, Thomas L.; Zylka Robert (1993)

Unsere Sonne, und mit ihr die Erde und die anderen Planeten, sind vor 5 Milliarden Jahren aus interstellarem Staub und Gas entstanden. Die geologischen Spuren dieses Entstehungsvorganges sind nahezu verwischt. Analoge Vorgänge müßten sich aber auch jetzt noch in unserer Milchstraße zu beobachten sein, denn man weiß, daß dort jedes Jahr etwa 5 Sonnenmassen an interstellarer Materie in Sterne umgewandelt werden.