Archive for the tag 'Hubble'

Die Atmosphären anderer Erden

März 26th, 2009

Alpha-Centauri ist ein Doppelsternsystem, hier mit einem Pfeil markiert

Alpha-Centauri ist ein Doppelsternsystem, hier mit einem Pfeil markiert

Die Suche nach anderen Erden

Die Erforschung von Exoplaneten führt bis heute an den Rand des technisch Machbaren. Das Grundproblem ist der große Masseunterschied zwischen Planeten und ihren Sternen – und die Leuchtkraft. Eine Reihe von Entdeckungsmethoden ist im Einsatz, um ferne Planetensysteme aufzuspüren. Alle setzen jedoch darauf, dass in jenem System planetare Extrembedingungen vorherrschen, was für uns die Entdeckung vereinfacht. Ist ein Kandidat besonders massereich oder umkreist er seinen Zentralstern in besonders kleinem Abstand? Solche Kandidaten stellen bis heute das Gros der 344 entdeckten Exoplaneten. Die Suche nach kleinen massearmen erdähnlichen Planeten, die in der habitablen Zone um ihren Stern kreisen, begünstigt diese ungewollte Auswahl leider nicht.

Doch die Planetenjäger wollen diesen Zustand ändern. Nach dem Start des NASA-Teleskops Kepler sollte in wenigen Jahren eine Reihe erdähnlicher Planeten bekannt sein. Doch Kepler ist nicht in der Lage, seine Funde genauer, beispielsweise auf Biomarker wie Ozon oder Methan hin, zu untersuchen. Neuartige hochauflösende Teleskope wie das 2013 zu startende James Webb Space Telescope (JWST) stehen in naher Zukunft zur Verfügung. Werden sie in der Lage sein, uns Antworten über die fernen Erden zu geben?

Es wird ausgesprochen schwierig

Die US-amerikanischen Forscher Lisa Kaltenegger vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics sowie Wesley Traub vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) haben nun untersucht, zu welchen Antworten das JWST kommen kann und wo es auf eigene technische Grenzen stößt. Ihre Ergebnisse, die auch im Web abrufbar sind, veröffentlichten sie kürzlich in The Astrophysical Journal.

Die Wissenschaftler untersuchten die Möglichkeit, während eines Transits mehr über die chemischen Bestandteile in der Planetenatmosphäre zu erfahren. Ein Transit passiert bei allen Systemen, deren planetare Ebene von der Erde aus gesehen den Zentralstern bedeckt. Allein dieser Fakt ist nicht sonderlich wahrscheinlich, doch gingen sie davon aus, dass wir in naher Zukunft eine Zahl solcher Welten gefunden hätten und mit einem dem JWST ähnlichen Teleskop einen Blick darauf werfen könnten. Geht man von einem sonnenähnlichen Stern und einem Planeten wie der Erde aus, klingt ihr Ergebnis ernüchternd:

“Wenn wir es wirklich schaffen, die Atmosphäre eines Planeten zu entschlüsseln, um daraus zu schließen, dass es sich um einen erdähnlichen Planeten handelt, müssten wir schon sehr viel Glück haben”, sagte Kaltenegger. “Denn dafür müssten wir eine sehr große Zahl von Transits beobachten, vielleicht mehrere hundert, selbst für Sterne in einem Abstand von nur 20 Lichtjahren. Das Vorhaben, weiter entfernte Atmosphären zu untersuchen, wird ausgesprochen schwierig, ist aber auch ungemein spannend.”

Ein eineiiger Zwilling unseres Planetensystems lässt sich nur in unmittelbarer Nachbarschaft untersuchen. Der einzige Stern, der wie unsere Sonne ein Typ-G-Stern ist, wäre Alpha Centauri A, bei dem bisher gar keine planetaren Begleiter gefunden wurden.

Nun erweiterten die Forscher ihr Auswahlkriterien. Während sonnenartige gelbe Typ-G-Sterne in der Milchstraße nur eine Randrolle spielen, stellen die leuchtschwächeren roten Typ-M-Sterne die Mehrheit der Population. Die habitable Zone, der Bereich also, in dem Wasser flüssig ist, rückt dabei deutlich an den Stern heran. Hier vorkommende erdähnliche Exoplaneten müssten nicht nur in geringerem Abstand um ihren Stern kreisen, sondern auch mit einer kleineren Periode. Typ-G-Sterne sind demnach der perfekte Hort für erdähnliche Planeten, über die wir mehr erfahren wollen: Sie treten in der Milchstraße besonders häufig auf und erzeugen potentiell deutlich mehr der für die Untersuchung essentiellen Transits.

Zuletzt stellen die Forscher fest, dass neue Teleskope irgendwann auch in der Lage sein werden, Exoplaneten direkt abzubilden, ohne auf Transits angewiesen zu sein. “Die direkte Erfassung von Photonen vom Planeten selbst könnte sich zur ultimativen Untersuchungsmethode ferner Atmosphären entwickeln”, so Kaltenegger. Mit den Teleskopen Hubble und Spitzer ist es bereits gelungen, die Zusammensetzung extrem heißer und massereicher Exoplaneten direkt zu untersuchen. Das nächste Ziel ist die Charakterisierung eines “kleinen blauen Punktes”, entweder durch hunderte Transits vor seinem Zentralstern oder die direkte Beobachtung.

In die Vergangenheit weit entfernter Galaxien

März 16th, 2009

Hubble-Aufnahmen (oben) mit den Geschwindigkeitsmessungen, die unten mit den Hubbleaufnahmen farbkodiert überlagert worden.

Hubble-Aufnahmen (oben) mit den Geschwindigkeitsmessungen, die unten mit den Hubbleaufnahmen farbkodiert überlagert worden.

Als das Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 1993 begann, das Universum zu entdecken, sorgte es für eine Revolution in der Astronomie. Nie zuvor war ein Teleskop dieser Größe in der Lage gewesen, ohne die störenden Einflüsse der Erdatmosphäre ins All zu blicken. Doch schon fünf Jahre später bekam es Konkurrenz, von Instrumenten am Boden, denen die Atmosphäre nichts mehr ausmachte. Das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) steht in der extrem feuchtigkeitsarmen Atacama-Wüste der südchilenischen Anden, unter idealen Beobachtungsbedingungen. Es arbeitet mit einer Reihe innovativer Technologien, die ihm ermöglichen, die optischen Nachteile einer bewegten Lufthülle zu überkommen. Das VLT kann so die Qualität zuvor gemachter Hubble-Aufnahmen oft noch überbieten.

Doch dass die Stärken beider Teleskope nicht nur konkurrieren, sondern sich auch ergänzen können, beweisen nun Forscher von Instituten in Marseille, Paris und München. Sie kombinierten die Auflösungsfähigkeit von Hubble mit den Stärken des Instrumentenbündels FLAMES und GIRAFFE, das am VLT-Teleskop Kueyen installiert ist.

“Diese einmalige Kombination von Hubble und VLT erlaubt es uns, weit entfernte Galaxien fast so gut zu untersuchen, wie wir dies bisher mit ihren nahen Vertretern konnten”, sagt François Hammer, Leiter der Forschergruppe. “Mit FLAMES und GIRAFFE sind wir in der Lage, die Geschwindigkeit von Gas an verschiedenen Orten dieser Objekte zu vermessen. Wir erhalten damit ein dreidimensionales Bild von Galaxien, die ein halbes Universum von uns entfernt sind.”

FLAMES und GIRAFFE

Im Jahr 2002 wurde der Instrumentenzoo des VLT um eine Reihe exotischer Exemplare erweitert. Der Fibre Large Array Multi-Element Spectrograph (FLAMES) ist in der Lage, Spektren von mehr als hundert Objekten zur gleichen Zeit aufzuzeichnen, die innerhalb eines Himmelsausschnitts von 25 Bogenminuten liegen, etwa des Durchmessers eines Vollmondes. Gekoppelt ist es an GIRAFFE, die aus rund 132 Glasfaserbündeln besteht, die ähnlich den Facettenaugen eines Insekts in verschiedene Richtungen blicken können. So sind Forscher in der Lage, eine Vielzahl von Teilbereichen eines äußerst kleinen Himmelsausschnitts gleichzeitig zu beobachten, etwa verschiedene Gaswolken innerhalb einer Galaxie.

Ergebnisse

Im Jahr 2009 wurden bereits Ergebnisse über drei untersuchte Galaxien veröffentlicht. Im Fall von J033241.88-274853.9 entdeckten die Forscher eine große Menge von ionisiertem Gas. Dies spricht normalerweise für die Präsenz junger Sterne. In diesem Fall jedoch fanden sie selbst nach elftägiger Beobachtung keinerlei Sterne. Die Forschergruppe um Mathieu Puech, welche die Galaxie beobachtet hatte, versuchte daraufhin, die Entdeckung mit Computermodellen zu erklären. Demnach wäre es denkbar, dass zwei sehr gasreiche Galaxien miteinander kollidierten. Die dadurch freigesetzte Energie wäre dann in der Lage gewesen, das Gas zu ionisieren. Gleichzeitig wäre das Gas zu heiß, dass sich daraus überhaupt Sterne formen können.

In einem anderen Fall berichten Astronomen um François Hammer von einer gegenteiligen Beobachtung. Sie fanden eine Galaxie mit bläulicher Zentralregion, die von einer rötlich leuchtenden Staubscheibe umgeben ist. In diesem Fall zeigten Modellierungen, dass Sterne und Gas mit hoher Geschwindigkeit auf den bläulichen Kern zu rotierten. Dies interpretieren die Forscher als den Zustand einer selbsterneuerten Galaxie nach erfolgter Verschmelzung.

Eine dritte Veröffentlichung beschreibt eine Galaxie, deren bläuliche ausgedehnte Struktur mit kaum einem bekannten Objekt vergleichbar ist. Diese besteht aus jungen massereichen Sternen, die in unseren Nachbargalaxien kaum zu finden sind. Simulationen zeigten, dass hier vermutlich das Resultat der Kollision zweier Galaxien mit sehr unterschiedlichen Massen zu sehen ist.

Die Bewegung zurückdrehen

Die neue Messmethode bietet den Forschern einen entscheidenden Vorteil. Sie können die räumlich aufgelöste Bewegung von Gaswolken dazu nutzen, die ablaufenden Prozesse in der Galaxie in Simulationen zurückzudrehen und so in ihre Vergangenheit zu schauen. Anschließend wollen die Forscher nun ihre Daten mit bereits besser vermessenen, nahen Galaxien vergleichen. Ziel ist es, besser zu verstehen, wie sich Galaxien innerhalb der letzten sechs bis acht Milliarden Jahre entwickelten.

Unbekannt: Das einsame Leuchten im Bärenhüter

September 17th, 2008

Die linken Bilder zeigen die Raumregion im Bärenhüter vor dem Aufleuchten, rechts ist das Objekt im Bärenhüter nahe seines Maximums dargestellt. (Barbary et al.)

Die linken Bilder zeigen die Raumregion im Bärenhüter vor dem Aufleuchten, rechts ist das Objekt im Bärenhüter nahe seines Maximums dargestellt. (Barbary et al.)

Die Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ist ein Projekt zur Durchmusterung des Himmels und dient als Datenbank der Spektren der verschiedensten Objekte im Universum. Daran beteiligt sind die USA, Japan, Korea und Deutschland, ins Leben gerufen wurde es von der Alfred P. Sloan Foundation. In einer einzelnen Nacht werden im Rahmen der SDSS bis zu 200 Gigabyte an Daten gewonnen und in einer großen Datenbank gespeichert. Diese umfasst die verschiedensten Sternspektren, Daten über Braune Zwerge und Asteroiden und exotischere Erscheinungen wie Supernovae und Gravitationslinsen. Stoßen nun Astronomen bei ihrer Arbeit auf ein für sie unerklärliches Objekt, brauchen sie nur dessen Spektrum mit der SDSS abzugleichen, um seine Natur zu erkunden.

Dergleichen versuchte kürzlich ein Forscherteam um Kyle Barbary von der University of California. Am 21. Februar 2006 hatte das Hubble-Teleskop im Rahmen des Cluster Supernova Survey – einer Himmelsdurchmusterung nach Sternexplosionen – eine Erscheinung im Sternbild Bärenhüter bzw. Bootes beobachtet. Es kam zum Aufleuchten eines bisher unbekannten Objekts, das etwa 100 Tage bis zur maximalen Helligkeit benötigte. Schließlich erreichte es Magnitude 21, ein Vielfaches seiner ursprünglichen Helligkeit, denn bisher hatte man es überhaupt nicht von der Erde aus wahrgenommen. Das Aufleuchten beschränkte sich auf zwei Farben im Nahinfrarot-Bereich.

Die Wissenschaftler schreiben in ihrer demnächst im Astrophysical Journal veröffentlichten Arbeit zu ihrer Ausgangssituation: “Der Anstieg der Helligkeit über etwa 100 Tage schien inkonsistent zu allen bisher beobachteten Supernova-Typen und auch seine spektroskopischen Eigenschaften konnten nicht mit bekannten Erscheinungen erklärt werden.”

Kyle und sein Team versuchten daraufhin, den Ursprung des Objekts mit Hilfe unseres Wissens über stellare Ereignisse zu erklären. So verglichen sie die Charakteristik der von Hubble aufgezeichneten Lichtkurve mit der umfassenden Datenbank der SDSS – ohne Erfolg. Auch der Versuch, die Position der Erscheinung einer bekannten Galaxie zuzuordnen, misslang.

Eine Abstandsbestimmung stellte sich ebenso als schwieriges Unterfangen heraus. So wurde versucht während der Leuchtzeit – erfolglos – fotometrisch eine Bewegung festzustellen. Hätte es sich in dieser Zeit gegenüber anderen Fixsternen bewegt, wäre es weniger als 130 Lichtjahre von uns entfernt und eine Parallaxenmessung wäre möglich gewesen. Absorptionslinien von kosmischem Wasserstoff können ebenfalls ein Anhaltspunkt für die Entfernung sein. Ihr Fehlen deuten die Forscher damit, dass das Objekt nicht weiter als 11 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist.

Zuletzt überprüfte Barbarys Team die nicht auszuschließende Möglichkeit einer Gravitationslinse: Eine Galaxie mit großer Masse bewegt sich zwischen ein weit entferntes Objekt geringer Leuchtkraft und die Erde. Die Gravitation bewirkt eine “Bündelung” der ankommenden Strahlung und das Objekt, das zuvor kaum zu sehen war, erscheint nun mit einem Vielfachen seiner normalen Leuchtkraft. Jedoch mussten die Forscher auch diese Möglichkeit verwerfen.

Zusammenfassend stellen Barbary und sein Team fest, dass sie die Erscheinung mit keinem bekannten Phänomen vergleichen können: Es befindet sich in keiner bekannten Galaxie, ist kein bekannter Typ einer Supernova und wurde uns auch nicht durch den Gravitationslinseneffekt kurzfristig vergrößert. Zudem befindet sich das Objekt in einer Entfernung zwischen 11 Milliarden und 130 Lichtjahren zu uns, was definitiv keine ausreichende Einschränkung darstellt. So ist die Hauptaussage der Veröffentlichung durchaus berechtigt, wonach so eine Leuchterscheinung wohl bisher nicht gesehen wurde und in Zukunft als eigenständige Objektklasse geführt werden muss.