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Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

Karte der gemessenen mittleren Sterngeschwindigkeiten einer Galaxie: Blau bedeutet, dass sich die Sterne in diesem Teil der Galaxie uns nähern und rot von uns wegfliegen. Credit: MUSE / D. Krajnovic

Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

Den Umlaufbahnen der Sterne in den massereichsten Galaxien widmet sich eine neu erschienene Studie, deren Ergebnisse überraschen: während sich die eine Hälfte der untersuchten sehr massereichen ...

Die Schwergewichte der Galaxienpopulation

Die Vermessung der Sternenbewegungen innerhalb von Galaxien erlaubt Rückschlüsse auf die innere Struktur von Galaxien, ihre dreidimensionale Form und das zugrunde liegende Gravitationspotential.

Um die größten und massereichsten Galaxienzu untersuchen, beobachtete ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dr. Davor Krajnovic vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) besonders helle Galaxien bis zu einer Entfernung von 800 Millionen Lichtjahren. Diese leben in den dichtesten Regionen des Universums – beispielsweise in Galaxienhaufen wie dem Shapley-Superhaufen. Zudem sind sie sehr selten und etwa einhundertmal massereicher als unsere Heimatgalaxie Milchstraße, die bereits eine Sternenmasse von 60 Milliarden Sonnen aufweist. Die massereichsten Galaxien sind außerdem nahezu gasfrei, zeigen keine Sternentstehungsaktivität und ihre Sterne sind mindestens 10 Milliarden Jahre alt.

Leider sind diese Galaxien zu weit von uns entfernt, um einzelne Sterne und deren Bewegung beobachten zu können. Deshalb vermisst man die durchschnittlichen Bewegungen der Sterne in bestimmten Regionen. "Dafür sind Integralfeld-Spektrographen besonders gut geeignet", erklärt Davor Krajnovic. "Wir beobachteten die Galaxien mit MUSE, dem wunderbaren Integralfeld-Spektrographen am Very Large Telescope der ESO auf dem Cerro Paranal in Chile. Massereiche Galaxien können alle möglichen Bewegungsmuster aufweisen – einige ähneln rotierenden Frisbees, andere zeigen keinen spezifischen Rotationssinn. Die Form Letzterer erinnert an runde Bälle oder vielleicht Rugbybälle. Wir haben die massereichsten Galaxien beobachtet und festgestellt, dass sie sich von anderen Galaxien unterscheiden."

Aus Scheiben werden Rugbybälle

Der Großteil der Galaxien mittlerer Masse weist sehr regelmäßige stellare Bewegungsmuster auf, wie man sie auch von Scheibengalaxien wie unserer Milchstraße kennt. Zusätzlich zu der geordneten Bewegung der Sterne gibt es auch einen klar definierten Drehsinn um die kleine Achse des Objekts; der Drehimpuls ist an der kleinen Achse einer abgeflachten Kugel ausgerichtet.

„Wir wussten, dass nur 15 Prozent der Galaxien mittlerer Masse unregelmäßige Bewegungsmuster aufweisen oder sogar generell wenig Rotation zeigen“, sagt Krajnovic. „Für solche Galaxien ist der Gesamtdrehimpulsvektor oft nicht an einer der Hauptachsen der Galaxie ausgerichtet und sie haben eine sphärische Form oder sind leicht langgezogen, ähnlich wie Rugbybälle. Einige von ihnen haben eine interessante Ausrichtung und rotieren um die längste Achse der Galaxie. Bisher waren nur wenige Fälle bekannt."

Die aktuelle Studie erschien in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Darin stellt das internationale Team von Astronomen fest, dass diese galaktischen "rotierenden Rugbybälle" viel häufiger vorkommen als bisher angenommen, sobald man das extreme Ende der Galaxienpopulation betrachtet: die massereichsten Galaxien im Universum.

Das Ergebnis ist bemerkenswert, da es auf ein sehr spezifisches Formationsszenario für die massereichsten Galaxien hinweist. Numerische Simulationen zeigen, dass die Rotation entlang der großen Achse durch die Verschmelzung zweier massereicher Galaxien mit ähnlicher Größe (und Masse) erzeugt werden kann, wenn diese sich auf speziellen Bahnen ereignet: eine Art Frontalzusammenstoß im Weltraum.

Diese Galaxienkollisionen sind gewaltige Ereignisse, die die inneren Strukturen der Vorläufergalaxien vollständig umformen. Die verschmolzene Galaxie ähnelt einem drehenden Rugbyball. Die inneren stellaren Bahnen werden zudem viel komplexer. Dies führt zu einer Kinematik, bei der die einfache geordnete Bewegung durch eine komplexe Strömung um eine der drei Hauptachsen eines Sphäroids ersetzt wird. Die massereichsten Galaxien stehen am Ende der Galaxienbildung und erweisen sich als sehr komplexe Sternsysteme. Die Studie trägt dazu bei, das Geheimnis der Entstehung dieser gewaltigsten galaktischen Systeme zu enthüllen.

Publikation

MNRAS Publikation

https://arxiv.org/abs/1802.02591

Wissenschaftlicher Kontakt

Dr. Davor Krajnović, 0331-7499 801, dkrajnovic@aip.de

Pressekontakt

Franziska Gräfe, 0331-7499 803, presse@aip.de

 

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

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Sonne im Visier: Maßgeschneiderte Lösung für kollaborative Erforschung

Dreidimensionales Strömungsfeld auf der Sonne am 26. September 2016, rekonstruiert aus GREGOR-Daten. Bild: Carsten Denker/AIP

Sonne im Visier: Maßgeschneiderte Lösung für kollaborative Erforschung

Europas größtes Sonnenteleskop GREGOR nimmt seit 2014 von Teneriffa aus die Sonne ins Visier und hat in dieser Zeit große Mengen an sehr komplexen, multidimensionalen Daten gesammelt. Damit dies...

Mit GREGOR verfolgen Astronominnen und Astronomen des AIP mit hoher räumlicher, zeitlicher und spektraler Auflösung aktive dynamische Prozesse auf der Sonne. Dabei stehen sie hinsichtlich der Beobachtung und Datenerfassung vor besonderen Herausforderungen, die sich aus unterschiedlichen Faktoren ergeben: Turbulenzen in der Erdatmosphäre beeinträchtigen die Bildqualität, kleine solare Strukturen entwickeln sich auf kurzen Zeitskalen von wenigen Sekunden bis zu Minuten und bei großformatigen Detektoren fallen sehr große Datenmengen an.

“Mit den leistungsfähigen Instrumenten am GREGOR Teleskop sind wir in der Lage, selbst kleinste Strukturen auf der Sonnenoberfläche zu erkennen und alle 10 bis 20 Sekunden Zeitserien hochaufgelöster Bilder zur Verfügung zu stellen,“ fasst Prof. Carsten Denker, Leiter der Arbeitsgruppe „Optische Sonnenphysik“ am AIP zusammen. „Ein rekonstruiertes Bild alle 20 Sekunden basiert auf einigen Hundert Einzelbildern. Das entspricht einer Menge von etwa 200.000 Bildern oder 4 Terrabytes pro Beobachtungstag.“

Die große Menge und die Qualität der anfallenden hochaufgelösten Bilder und Spektren sowie der benötigte Rechenaufwand in der Nachbearbeitung machen umfangreiche und effiziente Strukturen für Speicherung und Archivierung notwendig. Für die optimale Nutzung der Daten des Sonnenteleskops GREGOR wurde deshalb am AIP nun ein leistungsfähiges CRE implementiert. Diese Infrastruktur diente im ersten Schritt als zentraler Datenknotenpunkt innerhalb des GREGOR-Konsortiums, steht nun aber allen interessierten Wissenschaftlern offen. Das AIP bietet mit dem System sowohl die Speicherung der Daten als auch Zugriff darauf. Rechenressourcen sowie angepasste Werkzeuge für die Analyse und Datenverarbeitung sind ebenfalls integrale Bestandteile. Zudem werden über die CRE gut gepflegte, ausgewählte und aufbereitete Daten für die wissenschaftliche Gemeinschaft veröffentlicht.

Damit Forschungsdaten möglichst vielen Wissenschaftlern oder auch der interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung stehen, hat sich in den letzten Jahren zunehmend das Open Access Paradigma etabliert. Auch das jetzt entwickelte CRE für die GREGOR-Daten knüpft an dieses Leitbild an und ist dezidiert auf die Anforderungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft für hochauflösende Sonnenphysik zugeschnitten. In dem nun veröffentlichten Artikel geben die AIP-Wissenschaftler um Prof. Carsten Denker einen Überblick über die GREGOR-Daten – von den Photonen, die auf den Detektor treffen bis hin zum finalen Datenprodukt. Zudem beschreiben sie den entwickelten Ansatz zur systematischen Verarbeitung, Analyse, Verwaltung und Archivierung dieser Daten.

Das AIP hat sich unter anderem die Entwicklung von Forschungstechnologie und E-Infrastruktur als strategisches Ziel gesetzt. In enger Zusammenarbeit der beiden Forschungsbereiche E-Science und Sonnenphysik entstand so eine maßgeschneiderte Lösung für die datenspezifischen Herausforderungen hochauflösender solarer Beobachtungen, die an bodengebundenen Sonnenteleskopen wie GREGOR aufgenommen werden.

 

GREGOR Konsortium

Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg

Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen

Instituto de Astrofísica de Canarias, Kanarische Inseln

 

Weitere Informationen

Fachartikel: https://doi.org/10.3847/1538-4365/aab773

Sonnenteleskop GREGOR: GREGOR

Kollaborative Forschungsumgebung (CRE): gregor.aip.de

 

Wissenschaftlicher Kontakt

apl. Prof. Dr. Carsten Denker,0331-7499 297, cdenker@aip.de

 

Pressekontakt

Dr. Janine Fohlmeister, 0331-7499 802, presse@aip.de

 

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

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17. Mai | Babelsberger Sternennacht

Künstlerische Darstellung von Hochgeschwindigkeitsjets aus supermassereichen Schwarzen Löchern. Credit: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

17. Mai | Babelsberger Sternennacht

Am Donnerstag, 17. Mai 2018, ab 19.15 Uhr lädt das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) zur nächsten Babelsberger Sternenacht ein. Sabine Thater hält einen Vortrag zum Thema „Superm...

Milchstraße, Andromedagalaxie, die magellanschen Wolken: Fragt man nach Galaxien, so denken viele zunächst an milchstraßenartige Galaxien mit wunderschönen Spiralarmen. In der Tat besitzen Galaxien jedoch die unterschiedlichsten Erscheinungsbilder und Eigenschaften: Es gibt elliptische Galaxien, Spiralgalaxien, massereiche Galaxien, Zwerggalaxien – um nur einige zu nennen.

Eines aber haben sie gemeinsam: Die meisten Galaxien beherbergen ein sogenanntes supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum. Schwarze Löcher gehören zu den geheimnisvollsten Gebilden unseres Universums. Nicht umsonst spielen sie häufig eine tragende Rolle in Science-Fiction-Romanen: Objekte, die so massereich sind, dass sogar Licht ihrer Anziehung nicht mehr entkommen kann. Zweifelte alle Welt noch bis vor kurzem an ihrer bloßen Existenz, so sind Schwarze Löcher und ihre großen Brüder, die supermassereichen Schwarzen Löcher, heutzutage fest in der Forschung integriert.

Gemeinsam wollen wir uns in diesem Vortrag auf eine Reise zu den nächstgelegenen Galaxien machen und lernen, wie man ein ‘dunkles’ supermassereiches Schwarzes Loch überhaupt findet, wie es mit seiner Muttergalaxie interagiert und was wir von der Erforschung supermassereicher Schwarzer Löcher lernen können.

Im Anschluss bieten wir eine Führung über das Gelände und – bei klarer Sicht – die Beobachtung an einem unserer Spiegelteleskope an.

Wir freuen uns auf Ihren Besuch!

Freier Eintritt, keine Anmeldung erforderlich.

Veranstaltungsort: AIP, An der Sternwarte 16, 14482 Potsdam

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Ab ins All: Potsdamer Tag der Wissenschaften am 5. Mai

Unter dem Motto „Forschen. Entdecken. Mitmachen.“ findet am Samstag, dem 5. Mai, bereits zum sechsten Mal der Potsdamer Tag der Wissenschaften statt, an dem sich mehr als 40 Hochschulen und For...

Von 13 bis 20 Uhr geben die teilnehmenden Institutionen spannende Einblicke in ihren Arbeitsalltag, zeigen spektakuläre Experimente und präsentieren innovative Projekte, die die Welt von morgen verändern. Auch das AIP ist mit zwei Programmpunkten vertreten: Am Infostand (Haus 28, Nordfoyer) können kleine und große Besucher unter anderem Sternkarten basteln, virtuell ins All oder zu Observatorien rund um die Erde reisen und den Prototypen des Röntgenteleskops STIX aus der Nähe betrachten.

Über das Instrument und die Mission, für die es entwickelt wurde, spricht um 15 Uhr Dr. Alexander Warmuth. In dem Vortrag mit dem Titel "Solar Orbiter - Der Sonne ganz nah" erfahren die Zuhörerinnen und Zuhörer mehr über unseren Heimatstern und wie wir ihn untersuchen.

Der Eintritt ist für alle Besucher frei.

Das vollständige Programm und weitere Informationen finden Sie unter:

www.ptdw.de

 

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

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1,69 Milliarden Sterne

Gaia-Aufnahme unserer Milchstraße und benachbarter Galaxien, basierend auf Messungen von fast 1,7 Milliarden Sternen. Credits: ESA/Gaia/DPAC

1,69 Milliarden Sterne

Nach 22 Monaten Beobachtung erfolgte nun die mit Spannung erwartete zweite Datenveröffentlichung der Gaia-Mission. Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) hat mit Software-Modulen zur ...

Die zweite Datenveröffentlichung enthält Positionen und Helligkeiten von 1 692 919 135 Sternen sowie Messungen der Parallaxen und Eigenbewegungen von 1 331 909 727 Sternen am Himmel. Als Parallaxe bezeichnet man die kleine Bewegung in der scheinbaren Position eines Sterns, die durch die jährliche Umlaufbahn der Erde um die Sonne verursacht wird und von ihrer Entfernung zu uns abhängt. Die Eigenbewegung entsteht durch den Lauf eines Sterns durch die Galaxie.

Die jetzt veröffentlichten Daten enthalten mehr astrometrische Informationen als jeder andere Katalog und stellen eine immense Weiterentwicklung in Bezug auf die erste Datenveröffentlichung der Mission dar. Zum ersten Mal enthält der Gaia-Katalog auch hochgenaue Photometrie in drei Wellenlängenbereichen, Radialgeschwindigkeiten und stellare atmosphärische Parameter. Mittels dieser Beobachtungsdaten erstellt die Gaia-Mission eine präzise 3D-Karte der Milchstraße mit Positionen und Geschwindigkeiten.

"Das AIP trägt zur Datenanalyse der Mission mit zwei Software-Modulen für das Radialgeschwindigkeitsspektrometer an Bord von Gaia bei: ein First-Look-Modul zur Datenverifikation und ein Modul zur Hintergrundkorrektur der Spektren", erläutert Katja Weingrill, Co-I von Gaia am AIP. "Die First-Look-Software führt täglich eine Datenvalidierung durch. Die Hintergrundkorrektur reinigt die beobachteten Spektren von ‘falschem’ Licht aus Punktquellen und dem diffusen Hintergrund."

Das vollständige Gaia Data Release 2 ist unter https://gaia.aip.de verfügbar. "Gaia stellt einen bedeutenden Fortschritt für unser Verständnis des Kosmos dar. Es gibt kaum einen Bereich in der Astronomie, der sich durch diesen neuen galaktischen Zensus nicht grundlegend verändern wird", sagt Matthias Steinmetz, PI von Gaia am AIP. "Die Gaia-Daten werden auch mit den Ergebnissen eines der AIP-Kernprojekte, dem RAVE-Survey, korreliert, mit dem die Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen der Sterne in diesem Katalog noch genauer bestimmt werden können. RAVE wird seinen vollständigen Datensatz im Sommer 2018 veröffentlichen ".

Gaia ist eine der wichtigsten Missionen im Wissenschaftsprogramm der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Gaia startete im Dezember 2013 ins All und erreichte wenige Wochen später ihr Ziel, den zweiten Lagrange-Punkt des Sonne-Erde-Mond-Systems. Gaia misst Sterne in unserer Milchstraße und Nachbargalaxien mit einer bisher unerreichten Genauigkeit. Die erste Datenveröffentlichung basierte auf Beobachtungen aus einem Zeitraum von 14 Monaten und beinhaltete die Koordinaten von 1,1 Milliarden Sternen, aber nur zwei Millionen Parallaxen und Eigenbewegungen sowie keine Photometrie, Radialgeschwindigkeiten oder Sternparameter.

 

Weiterführende Informationen

Pressemitteilung der ESA: https://bit.ly/2vIIKIJ

Gaia Media Kit: https://bit.ly/2qZhlwJ

Gaia Data Center am AIP:  https://gaia.aip.de

 

Wissenschaftlicher Kontakt am AIP

Prof. Dr. Matthias Steinmetz, 0331-7499 801, msteinmetz@aip.de
Dr. Katja Weingrill, 0331-7499 671, kweingrill@aip.de

 

Pressekontakt

Franziska Gräfe, 0331-7499 803, presse@aip.de

 

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied  der Leibniz-Gemeinschaft.

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