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Hochfliegende Astronomie mit deutschem Instrument

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 Zusammen¬arbeit 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.

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."

"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 und Bildmaterial: http://www.mpifr-bonn.mpg.de/public/pr/pr-great-mar2011-dt.html

I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln: http://www.astro.uni-koeln.de/

SOFIA Science Center: http://www.sofia.usra.edu/ Deutsches SOFIA-Institut (DSI): http://www.dsi.uni-stuttgart.de/ Bilder und Videos zu SOFIA beim DSI: http://www.dsi.uni-stuttgart.de/downloads/gallery.html

MPIfR: http://www.mpifr-bonn.mpg.de/

GREAT at MPIfR: http://www.mpifr.de/div/submmtech/heterodyne/great/greatmain.html

Submillimeter Technology Group at MPIfR http://www.mpifr.de/div/submmtech/index.html

Verantwortlich: Dr. Patrick Honecker MBA - patrick.honecker@uni-koeln.de

idw :: 07.04.2011

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