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Den Ursprung der Sonnenflecken mit Supercomputern ergründen

Eine die ganze Sonne umfassende Simulation (links) kann die Prozesse der Sonnenflecken-Entstehung nicht abbilden, im Gegensatz zu lokalen Simulationen mit hoher Auflösung (rechte Seite). Ausführliche Bildbeschreibung im Text. Bild: Petri Käpylä

Den Ursprung der Sonnenflecken mit Supercomputern ergründen

15. Mai 2017. Wo bilden sich Sonnenflecken? Direkt unter der Oberfläche der Sonne oder tief im Inneren? Das Projekt SPOTSIM untersucht den Ursprung von Sonnenflecken mit magnetohydrodynamischen Si...

Es gibt zwei unterschiedliche Modelle, die beschreiben, wie sich Sonnenflecken bilden. Viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nehmen an, dass sich Magnetfelder als dünne, röhrenförmigen Strukturen am Boden der so genannten Konvektionszone der Sonne, in einer Tiefe von 200.000 Kilometern bilden. Von dort aus brechen sie an die Oberfläche und bilden Sonnenflecken. Dieses Modell lässt jedoch die Turbulenz, also die Bewegungen des heißen Gases der Sonne, außen vor. Im Projekt SPOTSIM wird angenommen, dass sich Sonnenflecken direkt nahe der Oberfläche des Sterns bilden, in der Konvektionszone.

Das Projekt hat beim 14. PRACE-Tier-0-Aufruf 20 Millionen CPU-Stunden am MareNostrum-Supercomputer erhalten. Die Rechenleistung des MareNostrum-Computers für das Projekt entspricht in etwa der jährlichen Rechenleistung der Computer im Rechenzentrum des Leibniz-Instituts für Astrophysik (AIP).  

„Mit unserem Projekt untersuchen wir die turbulenten Bildungsmechanismen von Sonnenflecken. Wenn unsere Annahmen stimmen, würde dies bedeuten, dass sich Sonnenflecken nahe der Oberfläche bilden und wir würden damit das vorherrschende Paradigma widerlegen“, sagt AIP-Forscher Petri Käpylä. „Sollte dies zutreffen, hätte dies weitreichende Konsequenzen für die solare und stellare Dynamotheorie.“

In dem Forschungsprojekt SPOTSIM sind neben Petri Käpylä auch Maarit Käpylä (Aalto Universität, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung), Nishant Singh und Jörn Warnecke (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung) sowie Axel Brandenburg (Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA), Universität Colorado Boulder/USA) beteiligt.

Englische Pressemitteilung der Aalto Universität:
http://www.aalto.fi/en/current/news/2017-05-10/

Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Petri Juha Käpylä, 0331-7499 525, pkapyla@aip.de

Pressekontakt: Katrin Albaum, 0331-7499 803, presse@aip.de

Bildbeschreibung: Eine die ganze Sonne umfassende Simulation (links) kann die Prozesse der Sonnenflecken-Entstehung nicht abbilden, im Gegensatz zu lokalen Simulationen mit hoher Auflösung (rechte Seite). Die Abbildung rechts oben zeigt das magnetische Feld, die rechts unten die Geschwindigkeit. Der blaue Kasten deutet auf die Größe der lokalen Simulation hin. Bild: Petri Käpylä


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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Den Kosmos erleben, Röntgenastronomie verstehen

Das Leibniz-Institut für Astrophysik (AIP) präsentiert sich beim Potsdamer Tag der Wissenschaften, der am Samstag, 13. Mai 2017, von 13 bis 20 Uhr im Wissenschaftspark Potsdam-Golm stattfindet. W...

Der Stand des AIP befindet sich im Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, kurz MPI-AEI). Forschende stellen das AIP vor und zeigen unter anderem, wie Röntgenastronomie funktioniert. Besucher können die Chronik des Kosmos erkunden, virtuell zu Teleskopen und in den Weltraum reisen, in ein Bad aus Dunkler Materie eintauchen und ein 3D-Hologramm für die Hosentasche mitnehmen. Zudem wird es in diesem Jahr mehr als 200 Einzelveranstaltungen geben. Prof. Dr. Klaus Strassmeier, Direktor des AIP-Forschungsbereiches Kosmische Magnetfelder, wird um 14 Uhr einen Vortrag zum Thema „Leben im Universum – Was uns die Astrophysik lehrt“ im Seminarraum im Erdgeschoss des MPI-AEI halten.

Träger des Potsdamer Tages der Wissenschaften ist der Verein proWissen Potsdam, der mit dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur, dem Ministerium für Wirtschaft und Energie, der Landeshauptstadt Potsdam, der Wirtschaftsförderung Land Brandenburg GmbH sowie zahlreichen wissenschaftlichen Einrichtungen und regionalen Unternehmen starke Partner gefunden hat.

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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Durch den staubigen Wolkenschleier blicken

VISTA-Aufnahme der Kleinen Magellanschen Wolke. (Ausführliche Bildbeschreibung im Text.) Bild: ESO/VISTA VMC

Durch den staubigen Wolkenschleier blicken

5. Mai 2017. Das größte Infrarotbild, das je von der Kleinen Magellanschen Wolke aufgenommen wurde: Einem internationalen Team von Astronominnen und Astronomen, geleitet von AIP-Forscherin Prof. ...

Selbst mit bloßem Auge ist die Kleine Magellansche Wolke (engl. Small Magellanic Cloud, kurz SMC) ein markantes Merkmal des südlichen Sternhimmels. Die SMC ist eine Zwerggalaxie und der kleinere Zwilling der Großen Magellanschen Wolke (engl. Large Magellanic Cloud, kurz LMC). Sie gehören beide zu denen der Milchstraße nächstgelegenen Nachbargalaxien im Weltraum — die SMC ist etwa 200.000 Lichtjahre von uns entfernt, was nur einem Zwölftel der Entfernung zur viel bekannteren Andromedagalaxie entspricht.

Die vergleichsweise große Nähe zur Erde macht die Magellanschen Wolken zu idealen Kandidaten, um zu erforschen, wie Sterne entstehen und sich entwickeln. Eines der größten Hindernisse bei der Beobachtung der Sternentstehung in Galaxien ist interstellarer Staub: Riesige Wolken aus winzigen Staubkörnern streuen und absorbieren einen Teil der Strahlung, die von den Sternen innerhalb der Galaxien abgegeben wird – besonders das sichtbare Licht. Nur Infrarot-Beobachtungen mit Teleskopen wie VISTA ermöglichen einen Blick auf das, was innerhalb der SMC verborgen ist. Infrarotstrahlung kann den interstellaren Staub deutlich leichter durchqueren als das sichtbare Licht.

VISTA, das Visible and Infrared Survey Telescope der Europäischen Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) am Paranal-Observatorium in Chile, ist so konzipiert, dass es Infrarotstrahlung abbilden kann. Der VISTA Survey of the Magellanic Clouds (VMC) konzentriert sich auf die Kartierung der Sternentstehungsgeschichte der SMC und der LMC, sowie ihrer dreidimensionalen Struktur. Im Rahmen des VMC gelangen den Forscherinnen und Forschern bereits einmalige Aufnahmen von Millionen von Sternen, die im sichtbaren Licht nicht möglich gewesen wären. „Die Daten, die wir mit VISTA gewonnen haben, haben unsere Erwartungen übertroffen“, sagt Maria-Rosa Cioni. „Wir haben am AIP kleine Bewegungen von Sternen gemessen, von denen wir zuvor angenommen hatten, dass sie mit Teleskopen auf der Erdoberfläche nicht nachweisbar sind. Dies ist nur ein Aspekt der umfangreichen Forschung, die der VMC ermöglicht hat und die in bislang mehr als 24 Artikeln beschrieben wurde.“   

Der VMC hat gezeigt, dass die meisten Sterne innerhalb der SMC jünger sind als die der größeren Nachbargalaxien. Diese ersten Ergebnisse sind nur ein Vorgeschmack auf die neuen Entdeckungen, die noch kommen werden, da der VMC noch weitere blinde Flecken der Magellanschen Wolke unter die Lupe nehmen wird.

Bildbeschreibung: Alle Sterne, die in dieser Aufnahme des Infrarot-Teleskops VISTA der ESO zu sehen sind, gehören zur Kleinen Magellanschen Wolke. Das Bild enthält zudem tausende Hintergrundgalaxien und mehrere helle Sternhaufen, einschließlich des Kugelsternhaufens 47 Tucanae (rechts im Bild), der der Erde deutlich näher ist als die SMC. Die Fülle an neuen Informationen in diesem 1,6 Gigapixel (43.223 x 38.236 Pixel) großen Bild wurde von Teammitglied Stefano Rubele von der Universität Padua in Italien ausgewertet.

Herkunftsnachweis: ESO/VISTA VMC

Die ESO-Meldung, weitere Informationen sowie umfangreiches Bild- und Videomaterial zum Download stehen auf der ESO-Website zur Verfügung:
https://www.eso.org/public/germany/news/eso1714/

Wissenschaftlicher Kontakt: Prof. Dr. Maria-Rosa Cioni, 0331-7499 651, mcioni@aip.de

Pressekontakt: Katrin Albaum, 0331-7499 803, presse@aip.de

Veröffentlichung zu dem Forschungsprojekt: Stefano Rubele, Léo Girardi, Leandro Kerber, Maria-Rosa L. Cioni, Andrés E. Piatti, Simone Zaggia, Kenji Bekki, Alessandro Bressan, Gisella Clementini, Richard de Grijs, Jim P. Emerson, Martin A. T. Groenewegen, Valentin D. Ivanov, Marcella Marconi, Paola Marigo, Maria-Ida Moretti, Vincenzo Ripepi, Smitha Subramanian, Benjamin L. Tatton and Jacco Th. van Loon. „The VMC survey – XIV. First results on the look-back time star formation rate tomography of the Small Magellanic Cloud”, MNRAS 449, 639–661 (2015).


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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Virtuelle Realität trifft Astrophysik

Mit Virtual-Reality-Brillen können Interessierte die Verteilung von Dunkler Materie (obere Brille) oder Gas im Universum (unten) beobachten. Bilder: Arman Khalatyan/AIP; VR Icon: © subhanbaghirov / Fotolia; Montage: AIP

Virtuelle Realität trifft Astrophysik

6. April 2017. Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) geht mit einer neuen Virtual-Reality-Plattform online. Mit dreidimensionalen 360-Grad-Videos und Panoramen können Besucherinnen u...

Einsichten über das Universum und seine Objekte erlangen Astrophysikerinnen und Astrophysiker, indem sie riesige Datenmengen aus Beobachtungen und Simulationen von Sternen, Galaxien und kosmischen Objekten auswerten. Aufwändige Visualisierungstechniken machen diese  Datenmengen sichtbar. Die Videos bieten einen Ausflug in unsere lokale kosmische Umgebung in virtueller Realität. Der Blick durch unterschiedliche „Brillen“ – für Dunkle Materie, Gas oder Sterne – zeigt, wie sehr die rätselhafte Dunkle Materie die kosmische Struktur, an der sich die leuchtenden Sterne und Galaxien orientieren, dominiert. Auch die tatsächliche astronomische Beobachtung nutzt unterschiedliche Teleskope und Instrumente, um verschiedene Objekte und Bausteine des Universums zu entschlüsseln.

„Mit Simulationen und VR machen wir das Unsichtbare sichtbar“, so Arman Khalatyan, Astrophysiker, IT-Spezialist und Leiter des VR-Projekts. Von ihm stammen die VR-Filme und auch einige der Simulationen, auf denen sie basieren. „Die VR-Technologie ist mit einfachen VR-Brillen und kostenlosen Apps heute für jeden nutzbar. Wir machen mit unserer Plattform nun auch den Kosmos für jeden zugänglich.“

Virtuelle Tour durch Astronomische Observatorien

Der zweite Bereich der Plattform lädt Besuchende zu einer virtuellen Tour durch verschiedene astrophysikalische Observatorien ein, an denen das Leibniz-Institut für Astrophysik mit Teleskopen oder Instrumenten beteiligt ist. Wer beispielsweise die Sonne sucht, wird am „Observatorio del Teide“ fündig. Das Observatorium liegt auf 2.400 Metern Höhe auf Teneriffa und ist ein fantastischer Standort für astronomische Beobachtung. Beim virtuellen Gang über das Gelände oder beim Blick von der geöffneten Kuppel des Sonnenteleskops GREGOR sind die verschiedenen Teleskope des Observatoriums über der Wolkendecke zu sehen, im Hintergrund der 3.718 Meter hohe Berg Teide. Auch Liebhaberinnen und Liebhaber der Architektur haben es nicht weit und können eine Tour durch den Potsdamer Einsteinturm wählen.  Weitere Observatorien sollen bald folgen und die Plattform erweitern.



„Wir wollen mit VR Geschichten des Universums erzählen und zu Reisen an Orte der astronomischen Forschung einladen, die uns selbst begeistern“, beschreibt Gabriele Schönherr, Astrophysikerin und Wissenschaftskommunikatorin und der zweite Kopf im VR-Team, die Idee hinter dem Projekt. „Die moderne astrophysikalische Beobachtung ist international. Mithilfe der VR können wir auch das direkt erlebbar machen.“

Webplattform: vr.aip.de

Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Arman Khalatyan, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, 0331-7499 528, akhalatyan[AT]aip[.]de

Pressekontakt: Katrin Albaum, 0331-7499 803, presse@aip.de

Bildmaterial: Hier finden Sie weitere Bilder.

Abbildung 1: Sterne im Universum, basierend auf einer Computersimulation. Quelle: A. Khalatyan / AIP, , C. Scannapieco, CLUES-Projekt

Abbildung 2: Eine wissenschaftliche Darstellung von Gas im Universum, basierend auf einer Computersimulation. Quelle: A. Khalatyan / AIP, C. Scannapieco, CLUES-Projekt

Abbildung 3: 360-Grad-Aufnahme von Gas im Universum, basierend auf einer Computersimulation. Quelle: A. Khalatyan / AIP, C. Scannapieco, CLUES-Projekt

Abbildung 4: Eine wissenschaftliche Darstellung von Dunkler Materie im Universum, basierend auf einer Computersimulation. Credits: A. Khalatyan / AIP , C. Scannapieco, CLUES-Projekt

Abbildung 5: 360-Grad-Aufnahme von Dunkler Materie im Universum, basierend auf einer Computersimulation. Credits: A. Khalatyan / AIP , C. Scannapieco, CLUES-Projekt

Abbildung 6: 360-Grad-Aufnahme des Potsdamer Telegrafenbergs mit dem Einsteinturm (Mitte) und dem Großen Refraktor (links). Quelle: AIP

Abbildung 7: Die Kuppel des GREGOR-Sonnenobservatoriums. Quelle: C. Kuckein, C. Denker/AIP


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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Neuer Professor simuliert die Entstehung von Galaxien im Computer

Prof. Dr. Christoph Pfrommer. Quelle: AIP

Neuer Professor simuliert die Entstehung von Galaxien im Computer

3. April 2017. Wie entstehen Galaxien und Galaxienhaufen, die zu den größten Strukturen im Universum zählen? Hat kosmische Strahlung einen Einfluss auf die Entwicklung von Galaxien und Galaxienh...

Kosmische Strahlung im Weltall entsteht unter anderem, wenn Sterne explodieren oder supermassereiche Schwarze Löcher eng gebündelte Materiestrahlen ausstoßen. „Neben der faszinierenden Frage nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung wollen wir insbesondere herausfinden, ob diese auch eine entscheidende Rolle in der Galaxienentwicklung spielt“, sagt Pfrommer. Die von kosmischer Strahlung verursachten Materieausflüsse könnten ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Spiralgalaxien sein und zudem erklären, warum sich in elliptischen Galaxien nicht mehr Sterne bilden. Pfrommer und seine Forschungsgruppe wollen die zugrundeliegende Physik der kosmischen Strahlung, Magnetfelder und Plasmawellen detailgetreu im Computer modellieren und damit kosmologische Computersimulationen an Hochleistungsrechnern durchführen. Ihre Ergebnisse überprüfen sie mit Messungen von Teleskopen, die Radio- und Gammastrahlen empfangen.

Pfrommer hat an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena sowie an der Harvard University in Cambridge, USA Physik studiert. 2005 promovierte er an der Ludwig-Maximilians-Universität München mit einer Arbeit über die Rolle von kosmischen Strahlen in Galaxienhaufen. Danach forschte er als Postdoktorand am Canadian Institute for Theoretical Astrophysics in Toronto, Kanada, sowie seit 2010 am HITS in Heidelberg. Zudem war Pfrommer Gastwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching sowie an der Stanford University und dem Kavli Institute for Theoretical Physics in Santa Barbara, USA. 2014 erhielt er einen Consolidator Grant vom Europäischen Forschungsrat (ERC) für sein Projekt CRAGSMAN, das den Einfluss von kosmischen Strahlen auf die Entstehung von Galaxien und Galaxienhaufen untersucht.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Christoph Pfrommer, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, 0331-7499 513, cpfrommer@aip.de

Pressekontakt: Katrin Albaum, 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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