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Neptun nah wie nie: Superscharfe Bilder vom Rand unseres Sonnensystems

Neptun aufgenommen mit dem VLT mit MUSE/GALACSI im Narrow-Field-Modus der Adaptiven Optik. Credit: P. Weilbacher (AIP)

Neptun nah wie nie: Superscharfe Bilder vom Rand unseres Sonnensystems

Astronominnen und Astronomen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) erprobten im Juni 2018 als Teil eines internationalen Teams einen neuen Beobachtungsmodus mit dem Instrument MUSE a...

Die Erdatmosphäre als Störfaktor

Beobachtet man das Weltall von der Erde aus, beeinträchtigt die Atmosphäre die astronomischen Bilder. Daher versuchen Astronominnen und Astronomen seit langem, diese Turbulenzen zu unterdrücken. Eine Möglichkeit ist die Beobachtung von außerhalb der Erdatmosphäre: So ist beispielsweise das Hubble-Weltraumteleskop so leistungsfähig, weil es die Bilder ohne Berücksichtigung der störenden Erdatmosphäre aufnehmen kann.

Diese atmosphärischen Effekte lassen sich bei bodenbasierten Teleskopen wie dem VLT jedoch mit Hilfe der adaptiven Optik (AO) beseitigen: In der VLT-Anlage der ESO am Berg Paranal korrigieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die turbulente Atmosphäre, indem sie vier künstliche Sterne mittels Laser in 80 km Höhe erzeugen und die Unterschiede zwischen dem Modell und dem beobachteten verschwommenen Bild, das durch die Atmosphäre beeinflusst ist, berücksichtigen. Diese leistungsstarke adaptive Optik wurde nun mit dem MUSE 3D-Spektrographen erstmals im so genannten Narrow-Field-Modus mit Lasertomografie getestet. Dieser korrigiert fast alle atmosphärischen Turbulenzen. Der bisher angewandte Wide-Field-Modus ermöglicht zwar die Beobachtung in einem größeren Gesichtsfeld, korrigiert die Unschärfen aber weniger gut und erzeugt eine geringere Auflösung.

MUSE wurde unter anderem in Potsdam entwickelt und gebaut und ist seit 2013 am VLT installiert. "Indem wir die Auswirkungen der Atmosphäre entfernen und dadurch die Schärfe der Bilder erhöhen, können wir die physikalischen Informationen dieser Objekte vergrößern und vertiefen", sagt Dr. Andreas Kelz vom AIP.

Die Erben der Neptunentdecker

Eines der ersten vom MUSE-Team beobachteten Objekte bei der AO-Premiere im Narrow-Field-Modus war der Planet Neptun. Aus Potsdamer Sicht ein besonderer Himmelskörper: Im Jahre 1846 entdeckte Johann Gottfried Galle an der Berliner Sternwarte, dem Vorläufer des AIP, den Planeten am Rande unseres Sonnensystems. Seine Umlaufbahn wurde vom französischen Mathematiker Urbain Le Verrier vorausgesagt; die deutschen Astronomen folgten seinen Vorhersagen.

Das hauptsächlich aus französischen und deutschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern bestehende MUSE-Team erzielte nun dank des neuen Beobachtungsmodus spektakuläre Bilder: die Details in Neptuns Wolken übertreffen sogar die Schärfe des Hubble-Weltraumteleskops. Mit den spektralen Daten erhält man zudem chemische und dynamische Informationen – in jedem Pixel des Bildes.

Doch nicht nur das Sonnensystem, auch unsere Heimatgalaxie kann dank der neuen Bildqualität besser untersucht werden. Mithilfe der spektralen Informationen von MUSE lässt sich unter anderem Entstehungsgeschichte, chemische Zusammensetzung, Alter und Dynamik von Kugelsternhaufen erforschen, die zu den ältesten Sternagglomerationen der Milchstraße gehören und in ihren Zentren massereiche schwarze Löcher beherbergen können. AIP-Wissenschaftlerin Tanya Urrutia, die sich mit der Evolution von Galaxien befasst und gemeinsam mit Kollege Dr. Peter Weilbacher am VLT vor Ort war, ist begeistert: "Die enorme Zunahme von Details in Bildern von Zentren von Galaxien, gepaart mit der Dynamik und den Elementhäufigkeiten, die das MUSE-Instrument uns bietet, öffnet ein neues Fenster in der Erforschung der Frage, wie supermassereiche schwarze Löcher durch das Gas in der zentralen Region gespeist und aktiviert werden. Es ist, als hätte man das mächtige MUSE-Instrument im Weltraum!"

 

Beobachtungen von Neptun. Links: das verschwommene Bild des Planeten, ohne dass das adaptive Modul eingeschaltet ist. Mitte: die scharfen Bilder der adaptiven Optik, inkl. Details in den Methanwolken. Rechts: Aufnahme vom Hubble-Weltraum-Teleskop mit weniger Details. Credit: AIP/P. Weilbacher


Diese Bilder des Kugelsternhaufens NGC 6388 wurden während der Tests des Narrow-Field-Modus der Adaptiven Optik des MUSE/GALACSI-Instruments am VLT der ESO aufgenommen. Das Bild auf der linken Seite stamm von MUSE im Wide-Field-Modus (ohne AO), das mittlere Bild ist eine Vergrößerung eines kleinen Teils dieser Ansicht. Das Bild rechts zeigt dieselbe Ansicht im Narrow-Field-Modus von MUSE (mit AO). Credit: ESO/S. Kammann (LJMU)

 

Weitere Informationen:

Wissenschaftlicher Kontakt

Dr. Tanya Urrutia, 0331-7499 664, turrutia@aip.de

Pressekontakt

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

 

MUSE ist ein Projekt von sieben führenden europäischen Foschungseinrichtungen

  • geleitet vom Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL, Frankreich),
  • dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP, Deutschland),
  • dem Institut für Astrophysik der Universität Göttingen (IAG, Deutschland),
  • dem Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP, Frankreich),
  • der Sternwarte Leiden und der Niederländischen Forschungsakademie für Astronomie (NOVA, Niederlande),
  • dem Institut für Astronomie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH, Schweiz) und
  • der Europäischen Südsternwarte (ESO).

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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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Ein astronomischer Sommernachtstraum mit Mond und Mars

Totale Mondfinsternis am 28. September 2015. Credit: AIP/J. Weingrill

Ein astronomischer Sommernachtstraum mit Mond und Mars

Am Abend des 27. Juli stehen gleich zwei besondere astronomische Ereignisse an: die längste Mondfinsternis des 21. Jahrhunderts und der Mars in großer Erdnähe und gleichzeitiger Opposition zur S...

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und das Urania Planetarium Potsdam laden gemeinsam zu einem Themenabend mit Vortrag und anschließender öffentlicher Beobachtung ein. Alle Interessierten können einen Blick durch unsere mobilen Teleskope zu werfen. Die Experten von AIP und Planetarium beantworten vor Ort alle Fragen rund um das seltene Himmelsschauspiel.

 

Ab 20.30 Uhr:           Warm-up Show im URANIA-Planetarium

Ab ca. 22 Uhr:           Öffentliche Beobachtung am Neuen Lustgarten (Standort ca. Höhe Casino; nur bei klarer Sicht!)

 

Die Veranstaltung ist kostenfrei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

Wir freuen uns auf Ihren Besuch!

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Die Suche nach den ältesten Sternen des Universums

Simulation von Satellitengalaxien. Die Farben zeigen unterschiedliche Gasdichten an. Credit: HESTIA Projekt

Die Suche nach den ältesten Sternen des Universums

Kris Youakim vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) stellt diese Woche auf dem 232. Meeting der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft (AAS) seine neuesten Forschungsergebnisse zur...

Obwohl sich viele dieser akkretierten kleineren Galaxien im Laufe der Zeit stark veränderten und mit ihren Sterne vermengt sind, ermöglicht eine sorgfältigen Analyse, ihre verbleibenden Signaturen sichtbar zu machen. "Der Halo der Milchstraße mag auf den ersten Blick glatt aussehen, aber er ist weit davon entfernt. Sobald wir genau hinsehen, sehen wir überall Strukturen", sagt Youakim. "Und genau diese Strukturen enthalten Hinweise zum Verständnis der turbulenten Geschichte, die hinter der Entstehung des galaktischen Halos steckt."

Der Schlüssel zu dieser Analyse ist die Identifizierung von sehr frühen Sternen. Diesen Sternen fehlen schwere Elemente, weil sie sich in der Zeit nach dem Urknall gebildet haben – bevor ihre Atmosphären durch Material von früheren Generationen sterbender Sterne signifikant "verschmutzt" wurden. Die kleinsten Zwerggalaxien enthalten viele dieser Sterne. Betrachtet man sie genauer und untersucht ihre Verteilung im Halo, dann heben sich die vielen akkretiertenkleineren Galaxien und ihre Überbleibsel vom Hintergrund ab. Die ursprünglichsten Sterne geben Aufschluss über die frühen Zeiten unserer Galaxie, da einige von ihnen als direkte Nachkommen der allerersten Generation von Sternen gelten, die jemals entstanden sind.

Youakim und ein internationales Team verwenden für den "Pristine Survey" einen speziell entwickelten Filter am Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskop. Damit suchen sie schnell große Himmelsbereiche ab, um diese sehr ursprünglichen Sterne zu finden. In einer aktuellen Studie konnte der Wissenschaftler zeigen, dass dieses Verfahren außergewöhnlich effizient ist. Das Team untersucht nun viele der entdeckten, ursprünglichen Sterne genauer, da sie wertvolle Informationen über die frühe Milchstraße geben können. Oder wie Youakim es ausdrückt: "Diese Sterne erlauben uns wirklich, in der Zeit zurück zu schauen."

 

Wissenschaftlicher Kontakt

Kris Youakim, 0331-7499 301, kyouakim@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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Reise in die Unendlichkeit: Lange Nacht der Wissenschaften 2018

Einsteinturm in der Dämmerung. Bild: AIP

Reise in die Unendlichkeit: Lange Nacht der Wissenschaften 2018

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) beteiligt sich wieder mit Angeboten auf dem Telegrafenberg an der Langen Nacht der Wissenschaften am 9. Juni 2018 von 17 bis 23 Uhr. Besucherinne...

Mit dem Einsteinturm – einst das wissenschaftlich bedeutendste Sonnenteleskop Europas – begann eine Geschichte, die bis heute fortgeschrieben wird. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler geben bei der Langen Nacht der Wissenschaften einen Einblick in die moderne Sonnenforschung aus Potsdam.

Auch der Große Refraktor öffnet wieder seine Türen und lädt zum Staunen ein: die großen und kleinen Gäste können in Vorträgen mehr über ferne Exoplaneten oder coole Nachbarsterne lernen, Sternkarten basteln und – bei geeignetem Wetter – den Nachthimmel über Potsdam durch das Teleskop betrachten.

 

Vorträge im Einsteinturm

18 Uhr: apl. Prof. Dr. Carsten Denker – Das Europäische Sonnenteleskop (EST) - Ein neues Sonnenteleskop für hochaufgelöste Sonnenbeobachtung
19 Uhr: Dr. Christoph Kuckein – Die Sonne und Europas größtes Sonnenteleskop GREGOR
20 Uhr: Dr. Meetu Verma (auf Englisch) – The Dynamic Sun
21 Uhr: Dr. Christian Vocks – Die Sonne - unser nächster Stern
22 Uhr: Dr. Horst Balthasar – Die Sonne und Europas größtes Sonnenteleskop GREGOR

Andere Aktionen: Besichtigungen des Einsteinturms

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Vorträge im Großen Refraktor

18 Uhr: Dr. Ernst-August Gußmann – Der Große Refraktor: Zeitzeuge der Astronomie im 20. Jahrhundert

19 Uhr: Engin Keles – Exoplaneten: Die Suche nach der zweiten Erde

20 Uhr: Dr. Ralf-Dieter Scholz – Coole Nachbarsterne

ab ca. 21 Uhr: Live-Musik – Jazz-Session mit dem Bigge-Meinig-Duo

ab ca. 22 Uhr: Beobachtung am Großen Refraktor – nach Einbruch der Dunkelheit und nur bei klarer Sicht!

Andere Aktionen: Basteltisch für Kinder & Astroquiz (Forscherdiplom)

 

Das vollständige Programm der Veranstaltung und Informationen zu Tickets: www.langenachtderwissenschaften.de

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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.

 

Die oberen Bilder zeigen Karten der gemessenen mittleren Sterngeschwindigkeiten von zwei Galaxien: Blau bedeutet, dass sich die Sterne in diesem Teil der Galaxie uns nähern und rot von uns wegfliegen. Die Art der Rotation auf der linken Seite ist typisch für die Mehrheit der Galaxien. Die Rotation entlang der großen Achse, wie im Bild rechts, ist ungewöhnlich und trifft nur auf einen kleinen Teil der Galaxien zu. Dieser Anteil nimmt zu, je massereicher die Galaxien werden. Credit: MUSE / D. Krajnovic

 

Publikation

Davor Krajnovic et al. Climbing to the top of the galactic mass ladder: evidence for frequent prolate-like rotation among the most massive galaxies, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2018). 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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