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Von Innen nach Außen: Rätsel der galaktischen Scheiben gelöst

24. April 2015. Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Ivan Minchev, Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), hat mithilfe hochmoderner theoretischer Modelle das R...

„Wir können nun zum ersten Mal zeigen, dass dicke Scheiben nicht nur aus alten Sterngenerationen bestehen, sondern – in einem größeren Abstand zum Galaxienzentrum – auch junge Sterne enthalten,“ erklärt Ivan Minchev. „Die Verteilung in den Außenregionen, die wir für Sterne gleichen Alters sehen, wird durch ein Bombardement von kleineren Satellitengalaxien verursacht. Diese schlagen vorwiegend in den äußeren Bereichen Sterne aus der Scheibenebene heraus, so dass die Scheibe insgesamt nach außen ausgeweitet erscheint.“

Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen führten die Astronomen numerische Simulationen auf leistungsfähigen Computern durch und untersuchten die Struktur simulierter Galaxien. Dazu betrachteten die Wissenschaftler Sterne gleichen Alters und verglichen ihre Verteilung. Dabei zeigte sich, dass jede Sternengeneration in der Tat eine sich nach außen öffnende Struktur, ähnlich der Öffnung einer Trompete, bildet. Verursacht wird diese Strukturbildung durch Kollisionen mit kleineren Galaxien. Da die ältesten Sterne in den inneren Regionen von Galaxien entstehen, findet die Ausweitung für sie näher am Zentrum statt, während der Effekt sich für jüngere Sterne eher in äußere galaktische Regionen verlagert. In der Beobachtung erscheinen die ineinander geschachtelten Ausdehnungen aller Sterngenerationen dann als dicke galaktische Scheibe.

Galaxien können über ihre Sterne in zwei Komponenten unterteilt werden: in eine dünne Scheibe, die von einer dickeren Scheibe umhüllt wird. Bisher herrschte die Überzeugung vor, dass die Sterne in der dicken Scheibe die ältesten sind. Beobachtungen der Milchstraße zeigen jedoch auch ältere Sterne näher am Zentrum und junge Sterne in den äußeren Regionen. Wissenschaftler stimmen überein, dass diese Zusammensetzung auf ein Entstehungs-Szenario zurückgeht, bei dem in der Milchstraße Sterne zuerst im Zentrum und später in den äußeren Regionen entstanden Ähnlich wie auch Städte radial nach außen wachsen: beginnend von einem mittelalterlichen Stadtkern hin zu modernen Vororten. Die genaue Erfassung der Struktur der Milchstraße ist schwierig, da unser Sonnensystem sich in der Scheibenebene, ungefähr auf halber Strecke vom Zentrum, befindet. Um dieser eingeschränkten Perspektive Rechnung zu tragen leiten Astronomen ihre Modelle basierend auf Sternen in unserer Umgebung ab. Nichtsdestotrotz: wenn die Milchstraße ähnlich wie andere Galaxien ist und ihre dicke Scheibe nur aus alten zentral konzentrierten Sternen aufgebaut ist, wäre die dicke Scheibe kürzer als ihre dünne. Allerdings beobachten wir in anderen Galaxien dicke Scheiben, die genauso ausgedehnt sind wie die Galaxien selbst. Minchevs Ergebnisse lösen diesen Widerspruch.

„Zum ersten Mal verstehen wir den Ursprung der dünnen und dicken Scheibenstruktur und wie sich Galaxien wie unsere Milchstraße bilden“, schließt Ivan Minchev. „Unsere Vorhersagen werden bald mit Daten der Gaia-Mission und hoch präzisen Instrumenten, wie MUSE am Very Large Telescope, getestet.“

Die Studie wird am 24. April 2015 in The Astrophysical Journal Letters publiziert.
On the formation of galactic thick disks
, Minchev et al. 2015, ApJL, 804, 1.

 

 

Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Ivan Minchev, 0331 7499-454, iminchev@aip.de

Pressekontakt: Dr. Janine Fohlmeister, 0331 7499-383, 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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Erstes Licht für PEPSI

Ausschnitt eines Spektrums des Sternes HD 82106 im Vergleich zu anderen AIP Observatorien.

Erstes Licht für PEPSI

22. April 2015. Das "Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument” (PEPSI) hat erstmals Sternenlicht vom Large Binocular Telescope (LBT) empfangen. Astronomen vom Leibniz-Institut ...

Am 1. April 2015 beobachteten die 2 x 8,4m Spiegel des LBT, effektiv ein 11,8m Teleskop, den K3 Zwergstern HD 82106 und PEPSI empfingen die ersten Himmelsphotonen vom weltweit größten Teleskop. Das Instrument spaltet das Sternenlicht mit genauester spektraler Auflösung auf, wie sie bisher nur bei Sonnenbeobachtungen erreicht wurde. Ein Team von vier Wissenschafltern des AIP, gemeinsam mit fünf weiteren Astronomen, bereiteten das Instrument vor Ort auf dem 3.200 Meter hohen Mount Graham in Arizona für dieses Ereignis vor.

Mit der Beobachtung des Zwergsterns begann eine eine ganze Serie von Beobachtungen astronomischer Objekte. Ziel dieser Testreihen ist die Untersuchung des Auflösungsvermögens bei verschiedenen Wellenlängen. PEPSI kann jederzeit in weniger als einer Minute zwischen verschiedenen Auflösungsmoden und Wellenlängeneinstellungen wechseln. Damit ist es derzeit das einzige Instrument, das Astronomen erlaubt sehr helle Sterne und weit entfernte lichtschwache Quasare in ein und derselben Nacht zu beobachten.

 

Caption: Detail aus dem Spektrum des Sternes HD 82106 im Vergleich zur Sonne und Arkturus.

 

Wissenschaftlicher Kontakt und Principal Investigator: Prof. Dr. Klaus G. Strassmeier, kstrassmeier@aip.de

Projektwissenschaftler: Dr. Ilya Ilyin and Dr. Michael Weber

Pressekontakt: Dr. Janine Fohlmeister, 0331-7499 383, 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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Sterne mit angehaltener chemischer Uhr

Künstlerische Darstellung Roter Riesensterne in der Milchstraße (credit: AIP / J. Fohlmeister)

Sterne mit angehaltener chemischer Uhr

10. April 2015. Ein internationales Team von Astrophysikern unter Leitung von Cristina Chiappini vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam hat eine Gruppe Roter Riesensterne entdeckt, deren che...

Die Geschichte der Milchstraße lässt sich anhand der Häufigkeiten verschiedener chemischer Elemente, die in den Spektren von Sternatmosphären sichtbar sind, und aus der Bewegung der Sterne ablesen. Beide Faktoren sind zentral für die "Galaktische Archäologie", die die Entwicklung der Milchstraße zum Gegenstand hat. Stellare Häufigkeitsverhältnisse werden in der Galaktischen Archäologie zur indirekten Altersbestimmung von Sternen genutzt. Massereiche Sterne, die nach kurzer Lebenszeit als Supernovae explodieren, reichern das interstellare Medium mit Sauerstoff und anderen sogenannten Alpha-Elementen an. Masseärmere Sterne, die als Supernovae vom Typ Ia enden, leben länger und produzieren hingegen hauptsächlich Eisen. Die Zeitdifferenz zwischen der Anreicherung des interstellaren Mediums mit Alpha-Elementen und Eisen erlaubt Rückschlüsse auf den Zeitpunkt der Geburt eines Sterns – dies bezeichnen Astronomen als „Chemische Uhr“, die für viele Sterne funktioniert.

Die Autoren der jetzt veröffentlichten Studie zeigen hingegen, dass ein erhöhtes Alpha/Eisen-Verhältnis nicht garantiert, dass ein Stern tatsächlich alt ist. Erst seit kurzem erlaubt die Asteroseismologie die präzise Altersbestimmung der Sterne. Die Methode basiert auf der Messung von Pulsationen und liefert so zusätzliche Informationen über das Alter eines Sterns. Die untersuchten Sterne erscheinen jung, obwohl sie im Vergleich zur Sonne mit Alpha-Elementen angereichert sind. Interessanterweise befinden sich die meisten dieser Sterne in den inneren Regionen der galaktischen Scheibe wo das Zusammenspiel zwischen Balken und Spiralarmen eine komplexe chemische Entwicklung zur Folge hat.

„Obwohl bereits ähnliche Sterne in anderen Stichproben früherer Veröffentlichungen enthalten waren, handelte es sich dabei nur um einige wenige. Das könnte erklären, warum diesen Sternen bisher nur so wenig Aufmerksamkeit zuteil wurde,“ erklärt Friedrich Anders,  Ko-Autor der Studie.

„Wir rechnen mit weiteren Hinweisen zur Herkunft dieser Sterne und der komplexen chemischen Evolution der Milchstraße durch zukünftige Beobachtungen,“ schließt Cristina Chiappini.

Die neuen CoRoT- und APOGEE-Daten sind das Ergebnis einer Kollaboration von APOGEE (einer hochauflösenden Infrarothimmelsdurchmusterung und Teil der Sloan Digital Sky Survey III) mit dem Rote-Riesen-Team des CoRoT-Satelliten. Diese Kollaboration erlaubt die spektroskopische Nachbeobachtung hunderter Roter Riesensterne mit seismischen Informationen. Nur mit CoRoGEE ist es möglich, die inneren Regionen der galaktischen Scheibe und das Alter der Feldsterne zu bestimmen.

 

Bildunterschrift: Lage der von CoRoGEE untersuchten Roten Riesen in der Milchstraße relativ zur Sonne. Die Sternsymbole kennzeichnen diejenigen Sterne, für die die chemische Uhr nicht funktioniert. (Credit: F. Anders)

 

Veröffentlichung: Young [ α /Fe]-enhanced stars discovered by CoRoT and APOGEE: What is their origin?, Chiappini et al. 2015, A&A, 576, L12

Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Cristina Chiappini, cristina.chiappini@aip.de, 0331 7499-454

Pressekontakt: Dr. Janine Fohlmeister, presse@aip.de, 0331 7499-383

 

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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Fördererfolg für innoFSPEC

27. März 2015 Das Zentrum für Innovationskompetenz innoFSPEC erhält für weitere fünf Jahre Förderung durch das BMBF. Ministerin Wanka lobt die wissenschaftliche Exzellenz des ZIK.

Hier geht es direkt zur Pressemitteilung des BMBF.

innoFSPEC ist ein Gemeinschaftsvorhaben des Leibniz-Instituts für Astrophysik (AIP) und der Universität Potsdam, Lehrstuhl für Physikalische Chemie. Das Zentrum betreibt Grundlagenforschung und erarbeitet innovative Technologielösungen für Fasersensorik und Vielkanalspektroskopie.

Dabei vereint es Kompetenzen neuer chemischer Analyseverfahren mit hochleistungsfähiger Multiobjekt-Vielkanalspektroskopie. Methodisch setzt innoFSPEC auf der rasanten Entwicklung der Photonik auf. innoFSPEC wurde 2008 erstmals zur Förderung als "ZIK" ausgewählt.

Mit dem Programm "Zentrum für Innovationskompetenz: Exzellenz schaffen - Talente sichern" fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung auf der Grundlage herausragender Forschungsansätze an Hochschulen und Forschungseinrichtungen den Aufbau international leistungsstarker Forschungszentren in den neuen Bundesländern.

Entscheidend für diese Zentren ist eine exzellente und international wettbewerbsfähige Forschung, aber auch "Innovationskompetenz", also die Fähigkeit, Forschungsergebnisse in die Wirtschaft zu transferieren. Die Zentren sollen zudem eine Sogwirkung auf den wissenschaftlichen Nachwuchs ausüben.

 

Wissenschaftlicher Kontakt AIP: Prof. Dr. Martin M. Roth, mmroth@aip.de, 0331 7499 313

Pressekontakt: Dr. Janine Fohlmeister, presse@aip.de 0331 7499 383

Weitere Informationen: www.innofspec.de

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LOFAR-Movie der Sonnenfinsternis

23. März 2015. Das europäische Radioteleskop LOFAR hat am 20. März 2015 einzigartige Aufnahmen der Sonnenfinsternis im Radiobereich erstellt, wie sie mit bloßem Auge nicht möglich sind.

In dem Video ist der Vorbeizug des Mondes vor der Sonnenscheibe zu sehen. Das Video zeigt die Sonne in einem Frequenzbereich von 115-175 MHz, das entspricht einer Wellenlänge von ungefähr zwei Metern. Die Radiostrahlung der Sonne stammt aus ihrer äußeren Atmosphäre, der Korona. Sie ist über sogenannten "aktiven Regionen" erhöht, in denen starke Magnetfelder vorherrschen, die zur Bildung von Sonnenflecken führen und die Quelle von Sonneneruptionen sein können. Der links oben zu sehende helle Punkt kennzeichnet eine solche Region hoher Aktivität und ist im normalen Licht als Sonnenfleck zu sehen.

 

Gottfried Mann vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) koordiniert die Sonnenbeobachtungen mit dem LOw Frequency ARray (LOFAR). Die Sonnenfinsternis wurde verfolgt, um genauere Informationen über die Struktur der Sonnenatmosphäre zu gewinnen. Christian Vocks, der die Beobachtungen am 20. März leitete erklärt: „Radiowellen durchdringen problemlos die Wolken in der Erdatmosphäre, so dass die Aufnahmen vom Wetter unabhängig sind.“ Dennoch erscheint die Sonne auf den Bildern nebelartig, denn: „Die Beobachtung der Sonne durch die Erdatmosphäre mit einem Radioteleskop hat den gleichen Effekt, wie wenn man eine Fotoaufnahme vom Boden eines Swimmingpools macht.“ so Vocks.

 

Auf Bild klicken, um Video zu starten.

 

Das jetzt veröffentlichte Video basiert auf Daten, die mit dem Internationalen LOFAR Teleskop (ILT) gewonnen wurden, an dem das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) mit einer Station in Potsdam-Bornim beteiligt ist.

 

LOFAR ist ein Radio-Interferometer und besteht aus Stationen in mehreren europäischen Ländern, die von verschiedenen Instituten betreut und gemeinschaftlich durch das ILT betrieben werden. Es wurde von ASTRON in den Niederlanden entwickelt. Mit seiner hohen Sensitivität und Flexibilität ist LOFAR ein geeignetes Instrument für eine Vielzahl von wissenschaftlichen Themen, vom frühen Universum bis zum erdnahen Weltraum.

 

LINK LOFAR

 

Wissenschaftlicher Kontakt:

Apl. Prof. Dr. Gottfried Mann, gmann@aip.de, Telefon: 0331 7499 292

Dr. Christian Vocks, cvocks@aip.de, Telefon: 0331 7499 327

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