Aktuelles

Zwanzig Jahre Röntgenauge im All

Sechs teils überlappende Röntgenbeobachtungen des offenen Sternhaufens NGC 2264. Credit: I. Traulsen (AIP)

Zwanzig Jahre Röntgenauge im All

20. Januar 2020. Zu Beginn des Jahrtausends begann das Weltraumteleskop XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation seine Beobachtungen. Anlässlich des 20. Jahrestages veröffentlichten Wiss...

Das Weltraumteleskop XMM-Newton startete am 10. Dezember 1999 erfolgreich von Kourou in Französisch-Guayana ins All und zeichnet seit dem 19. Januar 2000 Daten auf. Das europäische Konsortium XMM-Newton Survey Science Centre (XMM-SSC) gab nun neue mit modernster Kalibrierung und Software aufbereitete Kataloge heraus, die alle Röntgendetektionen seit dem Start enthalten. Das AIP ist seit Beginn Mitglied dieses Konsortiums, steuert die Software zur Suche nach den Röntgenobjekten bei und produziert federführend einen der Kataloge.

XMM-Newton hat insgesamt 810.795 Röntgenquellen in Einzelbeobachtungen detektiert. Die meisten davon sind Neuentdeckungen und oft von unbekannter, aber unterschiedlicher Natur. Da einige Regionen des Himmels mehrfach beobachtet wurden, ergeben sich über 550.000 einzelne Himmelsobjekte.

Bei den meisten Objekten handelt es sich um supermassereiche Schwarze Löcher, die zwischen einer Million und einer Milliarde mal schwerer sind als unsere Sonne, und von denen sich jedes im Zentrum seiner eigenen Galaxie befindet. XMM-Newton erfasst mit seinem Röntgenauge die Materie, die um diese unsichtbaren Objekte herumwirbelt, bis sie den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs erreicht – jene Grenze ohne Wiederkehr, an der nicht einmal Licht dem Sog des Schwarzen Lochs entkommen kann. Andere im Katalog enthaltene Objekte sind Sterne, Galaxienhaufen, Kometen oder Supernovae.

Axel Schwope, Projektleiter am AIP, erklärt begeistert: „Mit Röntgenaugen entdecken wir den Teil des Universums, der durch extrem energetische Prozesse und extrem hohe Temperaturen dominiert und für unsere Augen unsichtbar ist. Es ist faszinierend zu erleben, dass selbst nach 20 Jahren im All XMM-Newton Tag für Tag erstklassige Beobachtungsdaten für alle möglichen Bereiche der Astrophysik liefert.“

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des AIP erstellten darüber hinaus einen weiteren Katalog mit Informationen aus sich überschneidenden Beobachtungen. Eine speziell für diesen Zweck entwickelte Software ermöglicht es, auch schwache Quellen in mehrfach beobachteten Himmelsbereichen zu erkennen. Dadurch erhöht sich die Anzahl der entdeckten Röntgenquellen. Zudem lässt sich nachvollziehen, ob und wie Objekte im Laufe der Zeit ihre Helligkeit verändern.

„Die Untersuchung von Objekten über einen Zeitraum von fast zwanzig Jahren gewährt uns einen großartigen Einblick in ihre Natur. Helligkeitsänderungen im Röntgenlicht lassen beispielsweise Rückschlüsse darauf zu, wie völlig unterschiedliche Objekte Materie aus ihrer Umgebung aufsammeln. Sie können von Sternen stammen, die in der Nähe Schwarzer Löcher zerrissen werden, und sind teilweise noch nicht verstanden“, erklärt Iris Traulsen, Wissenschaftlerin am AIP und zuständig für den Katalog.

Die Kataloge ermöglichen Astronominnen und Astronomen, hochenergetische Objekte zu untersuchen, die für uns Menschen oft nicht sichtbar sind. Die bisher von XMM-Newton sehr detailliert durchmusterte Himmelsfläche entspricht etwa dem 6000-fachen der Fläche des Vollmondes, was immer noch nur ein Vierzigstel des gesamten Himmels ist.  Röntgenbeobachtungen helfen in allen Teilen der Astrophysik, hochenergetische Prozesse zu entdecken und zu verstehen: von den Bedingungen in der Umgebung extrasolarer Planeten über die Entwicklung von Sternen, Schwarzen Löchern und Galaxien bis hin zur Untersuchung von heißem Gas in Galaxienhaufen und großen Strukturen im Universum.

 

Sechs teils überlappende Röntgenbeobachtungen des offenen Sternhaufens NGC 2264. Diejenigen Sterne, die ihr Licht hauptsächlich bei niedrigen Röntgenenergien abstrahlen, erscheinen rötlich, besonders heiße Objekte bei hohen Energien erscheinen bläulich. Die kleineren Abbildungen zeigen für drei ausgewählte Sterne die Helligkeitsveränderungen während einer einzelnen Beobachtung (oben links), die Entwicklung der Helligkeit über einen Zeitraum von dreizehn Jahren hinweg (oben Mitte) und ein Röntgenspektrum, das die Helligkeit des Sterns bei verschiedenen Energien ("Farben") darstellt (unten links).

Credit: I. Traulsen (AIP)



Webseite Katalog

http://xmmssc.irap.omp.eu/

Pressemitteilung IRAP

http://xmmssc.irap.omp.eu/4XMMprEnglish.html

Wissenschaftlicher Kontakt AIP

Dr. Iris Traulsen, 0331 7499 286, itraulsen@aip.de

Dr. Axel Schwope, 0331 7499 232, aschwope@aip.de

Medienkontakt AIP

Sarah Hönig, 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.

Mehr…
Von Harfen, Weihnachtsbäumen, einem wandernden Stern und den mysteriösen Strömen kosmischer Strahlung

Weihnachtsbaum im galaktischen Zentrum

Von Harfen, Weihnachtsbäumen, einem wandernden Stern und den mysteriösen Strömen kosmischer Strahlung

19. Dezember 2019. Forscher am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und dem Max-Planck-Institut für Astrophysik Garching (MPA) haben galaktische Radioobjekte untersucht, die Formen wie...

Die inneren Regionen unserer Galaxie, der Milchstraße, zeichnen sich durch große Mengen an warmem Gas, kosmischer Strahlung und erhöhte Radioemission aus. "Radioastronomen beobachten schon seit Jahren flächige Strukturen im galaktischen Zentrum. Neuere Beobachtungen mit dem MeerKAT Teleskop in Südafrika zeigen, dass diese in Gruppen von fast parallelen Filamenten angeordnet sind, die sich über mehrere Lichtjahre erstrecken", berichtet der führende Autor der Studie, Timon Thomas vom AIP. "Die Filamente sind scheinbar ihrer Länge nach sortiert, so dass sie wie die Saiten einer Harfe aussehen." Forscher aus Potsdam und Garching nannten diese Objekte daher Radio-Synchrotron-Harfen. Synchrotron ist die Bezeichnung des Mechanismus, der Radiostrahlung durch Beschleunigung von geladenen Teilchen wie Elektronen in Magnetfeldern erzeugt.

"Die beobachteten Strukturen entstehen, wenn massereiche Sterne oder Pulsare geordnete Magnetfeldstrukturen durchfliegen und dabei entlang ihrer Bahn kosmische Strahlungsteilchen in diese Magnetfelder entladen," erklärt Prof. Dr. Christoph Pfrommer vom AIP. "Die Teilchen breiten sich entlang der Magnetfeldlinien aus, meist quer zur Sternenbahn, lassen die Magnetfelder im Radiobereich aufleuchten und wie die Saiten einer Harfe erscheinen."

Der genaue Transportprozess der Teilchen war bisher ein Mysterium. Die Forscher gehen nun davon aus, dass die einzelnen Saiten die chronologische Abfolge zeigen, in der die Teilchen sich vom Ort ihrer Freisetzung entlang der Magnetfeldlinien ausbreiteten. Wäre diese Ausbreitung ein Diffusionsprozess, also eine ungerichtete Eigenbewegung der einzelnen Teilchen, sollten die Objekte abgerundete Glockenformen aufweisen, was sie aber nicht tun. Durch die Vermessung einer der Harfen sowie detaillierte Modellrechnungen konnten die Astrophysiker nun zeigen, dass die Teilchen stattdessen wie in einem Fluss gemeinsam strömen. Damit ist die Strömung der wichtigste Transportprozess der kosmischen Strahlung. "Hierbei 'zupfen' die Teilchen quasi an den Saiten und regen dabei die Magnetfelder zu Schwingungen an, welche wiederum die Teilchen zu einem strömenden Fluid zusammenhalten," erläutert Torsten Enßlin vom MPA, der Initiator der Studie.

Mit dieser erhellenden Advents-Erkenntnis ist das jahrzehntealte Rätsel um den Transport der Teilchen kosmischer Strahlung geklärt. Hauptsächlich strömen die Teilchen, entgegen der bisherigen Annahme, die voranging von Diffusion ausging.

 

Radio-Synchrotron-Harfe und Weihnachtsbaum im galaktischen Zentrum.
Links: Die Synchrotron-Strahlung der Teilchen zeichnen die Magnetfeldlinien in der Form von Harfensaiten nach und machen sie so sichtbar.
Rechts: Der Teilchen liefernde Stern bewegte sich von unten nach oben durch das Zentrum dieser Struktur und befindet sich jetzt an dessen Spitze. Die Teilchen strömen entlang der horizontalen Magnetfeldlinien nach links und rechts.
Credit: T. Thomas (AIP) / MeerKat


Die beobachteten Helligkeitsprofile der Radiostrahlung entlang der untersuchten Harfensaiten im Vergleich zu Modellrechnungen (orange) mit Strömung (links) und mit Diffusion (rechts). Bei den unteren beiden Profilen, bei denen die Teilchen mehr Zeit hatten sich auszubreiten, zeigen die Modelle deutliche Unterschiede. Jenes mit Strömung kann die beobachteten Profile gut erklären, das mit Diffusion zeigt deutliche Abweichungen. Die Bedeutung von Strömung nimmt also sichtbar mit der Zeit zu und sollte daher für den Transport kosmischer Strahlung über noch größere Distanzen in unserer Galaxie der wichtigere Beitrag sein.
Credit: Thomas, Pfrommer, & Enßlin (2019)

 

Mitteilung des MPA

https://www.mpa-garching.mpg.de/786518/news20191219

 

Originalveröffentlichungen

Timon Thomas, Christoph Pfrommer und Torsten Enßlin: Probing Cosmic Ray Transport with Radio Synchrotron Harps in the Galactic Center. Preprint:https://arxiv.org/abs/1912.08491

Heywood, I., Camilo, F., Cotton, W. D., et al. (2019): Inflation of 430-parsec bipolar radio bubbles in the Galactic Centre by an energetic event. Nature, 573, 235


Wissenschaftlicher Kontakt AIP

Prof. Dr. Christoph Pfrommer, 0331 7499 513, cpfrommer@aip.de
Timon Thomas, 0331 7499 531, tthomas@aip.de

 

Medienkontakt AIP

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.

Mehr…
Erstmals drei supermassereiche Schwarze Löcher im Kern einer Galaxie entdeckt

Die irreguläre Galaxie NGC 6240 mit drei Schwarzen Löchern. Credit: P. Weilbacher (AIP), NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)

Erstmals drei supermassereiche Schwarze Löcher im Kern einer Galaxie entdeckt

21. November 2019. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Göttingen und des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) hat erstmals nachgewiesen, dass die Galaxi...

Große Galaxien wie die Milchstraße bestehen typischerweise aus hunderten Milliarden von Sternen und beherbergen in ihren Zentren ein Schwarzes Loch mit einer Masse von einigen Millionen bis mehreren 100 Millionen Sonnenmassen. Die Galaxie mit Namen NGC 6240 wird aufgrund ihrer besonderen Form als irreguläre Galaxie bezeichnet. Bisher gingen Astronominnen und Astronomen davon aus, dass sie durch die Kollision zweier kleinerer Galaxien entstanden ist und deswegen in ihrem Kern zwei Schwarze Löcher beheimatet. Die Vorgängergalaxien bewegten sich mit Geschwindigkeiten von einigen 100 km/s aufeinander zu und befinden sich immer noch im Verschmelzungsprozess. Das für kosmische Verhältnisse nahe, in allen Wellenlängenbereichen eingehend studierte Galaxiensystem in einer Entfernung von ca. 300 Millionen Lichtjahren galt bisher als Prototyp für die Wechselwirkung von Galaxien.

„Durch unsere Beobachtungen mit extrem hoher räumlicher Auflösung waren wir in der Lage, zu zeigen, dass sich im Zentrum des wechselwirkenden Galaxiensystems NGC 6240 anstatt zwei – wie bisher vermutet – in Wirklichkeit gleich drei supermassereiche Schwarze Löcher befinden“, berichtet der Erstautor Prof. Dr. Wolfram Kollatschny vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen. Jedes der drei Schwergewichte weist eine Masse von mehr als 90 Millionen Sonnen auf. Dazu befinden sie sich in einer Raumregion von weniger als 3.000 Lichtjahren, d.h. weniger als einem Hundertstel der gesamten Ausdehnung der Galaxie. „Eine derartige Konzentration von drei supermassereichen Schwarzen Löchern wurde im Universum bisher noch nie entdeckt“, ergänzt Dr. Peter Weilbacher vom AIP. „Der vorliegende Fall liefert Hinweise auf die simultane Verschmelzung von ursprünglich drei Galaxien mitsamt ihren zentralen Schwarzen Löchern.“

Die Entdeckung dieses Dreifachsystems ist von grundsätzlicher Bedeutung, um die zeitliche Entwicklung von Galaxien zu verstehen. Bisher ist nicht erklärbar, wie sich die größten und massereichsten Galaxien, die wir aus unserer kosmischen Umgebung in der “Jetzt-Zeit” kennen, nur aufgrund normaler Galaxienwechselwirkung und Verschmelzung im Verlauf der vergangenen rund 14 Milliarden Jahre, dem Alter unseres Universums, gebildet haben. „Wenn es jedoch auch zu simultanen Verschmelzungsprozessen mehrerer Galaxien kam, konnten sich die größten Galaxien mit ihren zentralen supermassereichen Schwarzen Löchern wesentlich schneller entwickeln“, fasst Peter Weilbacher zusammen. „Unsere Beobachtungen liefern den ersten Hinweis auf dieses Szenario.“

Für die einzigartigen hochpräzisen Beobachtungen von NGC 6240 mit dem Very Large Telescope in Chile, ein Teleskop, das von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betrieben wird, kam der 3D MUSE Spektrograf im räumlich hochauflösenden Modus zusammen mit vier künstlich erzeugten Laser-Sternen und einem adaptiven Optik-System zum Einsatz. Dank der ausgeklügelten Technik erhält man Bilder mit einer Schärfe wie das Hubble Weltraumteleskop, jedoch zusätzlich auch ein Spektrum von jedem Bildpixel. Diese spektroskopischen Untersuchungen waren entscheidend für die Bestimmung der Bewegung und Massen der supermassereichen Schwarzen Löcher in NGC 6240.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die beobachtete, sich anbahnende Verschmelzung der supermassereichen Schwarzen Löcher in wenigen Millionen Jahren auch sehr starke Gravitationswellen erzeugen wird. In absehbarer Zukunft können Signale ähnlicher Objekte mit dem geplanten satellitengestützten Gravitationswellendetektor LISA vermessen und weitere verschmelzende Systeme entdeckt werden.

 

Die irreguläre Galaxie NGC 6240. Neue Beobachtungen zeigen, dass sie nicht zwei, sondern drei supermassereiche Schwarze Löcher in ihrem Kern beherbergt. Das nördliche Schwarze Loch (N) ist aktiv und war zuvor bekannt. Das vergrößerte neue Bild mit hoher räumlicher Auflösung zeigt, dass die südliche Komponente aus zwei supermassereichen Schwarzen Löchern (S1 und S2) besteht. Die grüne Farbe gibt die Verteilung des Gases an, das durch die um die Schwarzen Löcher entstehende Strahlung ionisiert wird. Die roten Linien zeigen die Konturen des Sternenlichts aus der Galaxie und die Länge des weißen Balkens entspricht 1000 Lichtjahren.

Credit: P. Weilbacher (AIP), NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)


Originalveröffentlichung

W. Kollatschny, P. M. Weilbacher, M. W. Ochmann, D. Chelouche, A. Monreal-Ibero; R. Bacon, T. Contini: NGC6240: A triple nucleus system in the advanced or final state of merging, Astronomy & Astrophysics, 2019

DOI:  https://doi.org/10.1051/0004-6361/201936540

Pressemitteilung Universität Göttingen

http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?id=5718

Wissenschaftlicher Kontakt AIP

Dr. Peter Weilbacher, 0331 7499 667, pweilbacher@aip.de

Medienkontakt AIP

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.

Mehr…
Ein übersehenes Puzzleteil des Sonnendynamos

In der Nähe des Sonnenäquators befinden sich die meisten Sonnenflecken und somit die größte magnetische Aktivität. Forscher haben für diese Region nun eine magnetische Instabilität nachgewiesen, die bislang als unmöglich galt. Credit: NASA/SDO

Ein übersehenes Puzzleteil des Sonnendynamos

28. Oktober 2019. Im rotierenden Plasma der Sonne wirkt ein bis heute unbeachteter Mechanismus: eine magnetische Instabilität, von der zuvor gedacht wurde, dass sie unter diesen Bedingungen physik...

Wie bei einem gigantischen Dynamo entsteht das starke Magnetfeld der Sonne durch elektrische Ströme. Um diesen sich selbst verstärkenden Mechanismus des Sonnendynamos besser zu verstehen, müssen Forscherinnen und Forscher die Vorgänge und Strömungen im Sonnenplasma entschlüsseln. Unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten verschiedener Regionen und komplexe Strömungen im Inneren der Sonne wirken zusammen, um das Magnetfeld zu erzeugen. Dabei können außergewöhnliche magnetische Effekte auftreten – wie die jetzt entdeckte magnetische Instabilität.

„Super-HMRI“ nennen die Forscher den neu erkannten Spezialfall der Magnetorotationsinstabilität (helical magnetorotational instability, HMRI). Es ist ein magnetischer Mechanismus, der rotierende, elektrisch leitende Flüssigkeiten und Gase in einem Magnetfeld instabil werden lässt. Das Besondere in diesem Fall: die Super-HMRI benötigt exakt die Bedingungen, wie sie im Plasma nahe des Sonnenäquators vorherrschen – dort, wo Astrophysikerinnen und Astrophysiker die meisten Sonnenflecken und somit die größte magnetische Aktivität der Sonne beobachten. Allerdings war diese Instabilität in der Sonne bisher übersehen worden und wird in Modellen des Sonnendynamos noch nicht berücksichtigt.

Dabei ist bekannt, dass magnetische Instabilitäten entscheidend an vielen Vorgängen im Universum beteiligt sind. Beispielsweise entstehen Sterne und Planeten aus großen, sich drehenden Scheiben aus Staub und Gas. Ohne Magnetfelder ließe sich dieser Vorgang nicht erklären. Magnetische Instabilitäten machen die Strömung in den Scheiben turbulent und ermöglichen so, dass sich die Masse zu einem zentralen Objekt zusammenballt. Wie ein Gummiband verbindet das Magnetfeld benachbarte Schichten, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotieren. Es beschleunigt die langsamen äußeren und bremst die schnellen inneren Materieteilchen. Die Wirkung der Fliehkraft reicht dort nicht mehr aus und die Materie stürzt ins Zentrum. In der Nähe des Sonnenäquators verhält es sich genau umgekehrt. Hier bewegen sich die inneren Schichten langsamer als die äußeren. Ein solches Strömungsprofil galt in Fachkreisen bislang als physikalisch extrem stabil.

Die Forscher vom HZDR, von der Universität Leeds und vom AIP haben diesen Fall dennoch näher untersucht. Für ein kreisförmiges Magnetfeld hatten sie bereits errechnet, dass auch für außen schneller rotierende Flüssigkeiten und Gase eine magnetische Instabilität auftreten kann. Allerdings nur unter unrealistischen Bedingungen: Die Rotationsgeschwindigkeit müsste nach außen hin zu stark anwachsen. Im zweiten Anlauf gingen sie nun von einem schraubenförmig geformten Magnetfeld aus. „Wir erwarteten nichts Besonderes mehr, aber dann gab es eine handfeste Überraschung“, erinnert sich HZDR-Wissenschaftler Dr. Frank Stefani. Denn hier kann die magnetische Instabilität bereits einsetzen, wenn die Geschwindigkeit zwischen den rotierenden Plasmaschichten nur schwach zunimmt – was in der äquatornahen Region der Sonne der Fall ist.

„Die neue Instabilität könnte eine wichtige Rolle bei der Erzeugung des Sonnenmagnetfeldes spielen“, schätzt Stefani ein. „Um dies zu bestätigen, müssen wir allerdings zunächst noch weitere, numerisch aufwändige Rechnungen durchführen.“ Prof. Günther Rüdiger vom AIP ergänzt: „Astrophysik und Klimaforschung hoffen noch immer auf ein besseres Verständnis des Sonnenfleckenzyklus. Vielleicht bringt uns die jetzt gefundene ‚Super-HMRI‘ den entscheidenden Schritt weiter.“

Mit komplementären Spezialisierungen in der Astrophysik und der Magnetohydrodynamik beschäftigt sich das interdisziplinäre Team bereits seit über 15 Jahren mit magnetischen Instabilitäten – im Labor, auf dem Papier und mit Hilfe aufwändiger Simulationen. Die Wissenschaftler wollen physikalische Modelle verbessern, kosmische Magnetfelder verstehen und innovative Flüssigmetallbatterien entwickeln. Durch die enge Kooperation gelang es ihnen 2006, die Theorie der Magnetorotationsinstabilität erstmals experimentell zu bestätigen. Auch für die jetzt theoretisch vorhergesagte Spezialform planen die Forscher den Praxistest: In einem Großexperiment, das derzeit im DRESDYN-Projekt am HZDR aufgebaut wird, wollen sie magnetische Instabilitäten im Labor untersuchen.

 

Originalveröffentlichung

G. Mamatsashvili, F. Stefani, R. Hollerbach, G. Rüdiger: Two types of axisymmetric helical magnetorotational instability in rotating flows with positive shear, in Physical Review Fluids, 2019

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.4.103905

Pressemitteilung HZDR

https://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=59692&pNid=0

Wissenschaftlicher Kontakt

Dr. Günther Rüdiger, gruediger@aip.de

Medienkontakt AIP

Sarah Hönig, 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.

Mehr…
eROSITA – erster Blick ins heiße Universum

eROSITA first light: Die Große Magellansche Wolke mit den sieben "Röntgenaugen" von eROSITA gesehen. Credit: F. Haberl, M. Freyberg, C. Maitra, MPE/IKI

eROSITA – erster Blick ins heiße Universum

22. Oktober 2019. Das deutsche Weltraumteleskop eROSITA veröffentlichte nun erste erstaunliche Bilder des heißen Universums. Mit allen sieben „Röntgenaugen“ nahm es einen seltenen Neutronens...

Das im Juli erfolgreich gestartete Röntgenteleskop eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array), das Hauptinstrument der russisch-deutschen Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG) Mission, hat nach mehr als drei Monaten Flugzeit nun seinen Orbit um den Lagrange-Punkt 2, der von der Sonne aus betrachtet 1,5 Millionen Kilometer hinter der Erde liegt, erreicht. Von hier aus wird eROSITA mit einer Durchmusterung des gesamten Himmels beginnen, um eine Karte der heißen Strukturen im Universum zu erstellen, die aufgrund ihrer hohen Temperatur Röntgenstrahlung aussenden.

eROSITA besteht aus sieben einzelnen Teleskopmodulen, die das einfallende Röntgenlicht aus den heißen Quellen des Universums sammeln. Zunächst wurden nur einzelne Komponenten angeschaltet und nach und nach auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. Einzelne Teleskopmodule zeigten zunächst Anomalien in der Elektronik. Als „Übeltäter“ steht die kosmische Strahlung im Verdacht, die kleine Änderungen in manchen Bausteinen ausgelöst haben könnte. Mittlerweile hat eROSITA nach einer kurzen Verzögerung und Tests seinen Betrieb aufgenommen.

In der vollen Konfiguration, betrieben also mit allen sieben Kameras, wurde eROSITA als erstes auf ein Objekt ausgerichtet, das vom AIP vorgeschlagen wurde (Abbildung 1). Projektleiter Axel Schwope erklärt, warum genau dieses ausgewählt wurde: „Es handelt sich um ein sehr exotisches Objekt, den Pulsar PSR B0656+14, einen isolierten und schnell rotierenden Neutronenstern, der wegen seiner geringen Größe und seiner enorm hohen Temperatur von mehr als einer Million Grad im Röntgenlicht besonders gut sichtbar ist.“ Derlei Objekte sind extrem selten, insgesamt sind nur ungefähr 30 bekannt. Neutronensterne wie PSR B0656+14, der bei einem Durchmesser von nur 30 km eine Masse von ca. anderthalb Sonnenmassen aufweist und sich in einer Sekunde dreimal um seine eigene Achse dreht, werden auch als makroskopische Atomkerne bezeichnet. Insgesamt beobachtete eROSITA den Pulsar über 28 Stunden. Gleichzeitig nahm auch der europäische Röntgensatellit XMM-Newton das Objekt ins Visier. Die kombinierte Beobachtung erlaubt neue, einzigartige Erkenntnisse über das Magnetfeld und die Temperaturverteilung des Neutronensterns. „Beide Instrumente spielen wunderbar zusammen. Dank der nun verfügbaren hohen spektralen und zeitlichen Auflösung erhalten wir zu jedem Moment der Umdrehung ein Spektrum, das Auskunft über die Extremphysik eines Neutronensterns gibt,“ erklärt Schwope.

 

Abbildung 1: Der Pulsar PSR B0656+14, ein isolierter und schnell rotierender Neutronenstern, der etwa 900 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Beobachtung veranschaulicht die beträchtliche Durchmusterungsleistung von eROSITA durch das große Sichtfeld, etwa doppelt so groß wie das von XMM-Newton, das dadurch viele bisher unbekannte Röntgenquellen um den Pulsar herum entdeckt: heiße Sterne in der Milchstraße (meist grünliche Quellen) und entfernte aktive Galaxienkerne (meist bläuliche Quellen).

Credit: A. Schwope, G. Lamer, I. Traulsen (AIP), C. Maitra, M. Ramos-Ceja (MPE), IKI/MPE

In unserer Nachbargalaxie, der Großen Magellanschen Wolke, zeigt eROSITA nicht nur die Verteilung des diffusen, heißen Gases, sondern auch viele bemerkenswerte Details, wie die Überreste von Supernova-Explosionen wie zum Beispiel SN1987A (Abbildung 2). Die Beobachtungen mit eROSITA bestätigen, dass diese Quelle langsam schwächer wird, während sich die Stoßwelle der Sternexplosion, die 1987 beobachtet wurde, immer weiter in das interstellare Medium ausdehnt. Neben vielen anderen heißen Objekten in der Großen Magellanschen Wolke selbst, zeigt das eROSITA-Bild auch einige Vordergrundsterne aus unserer eigenen Milchstraße, sowie weit entfernte aktive Galaxienkerne, die durch das heiße Gas in unserer Nachbargalaxie hindurchscheinen.

 

Abbildung 2: Unsere Nachbargalaxie, die Große Magellansche Wolke, beobachtet in mehreren Einzelaufnahmen mit allen sieben eROSITA-Teleskopmodulen am 18. und 19. Oktober 2019. Die diffuse Emission stammt von dem heißen Gas mit Temperaturen von einigen Millionen Grad zwischen den Sternen der Galaxie. Die kompakten, nebulösen Strukturen im Bild sind hauptsächlich Supernova-Überreste. Die prominenteste, SN1987A, befindet sich in der Bildmitte als sehr helle Quelle, die aufgrund der großen Entfernung noch punktförmig erscheint.

Credit: F. Haberl, M. Freyberg, C. Maitra, MPE/IKI

Ein besonderer Schwerpunkt von eROSITA liegt auf der Entdeckung und Kartierung von Galaxienhaufen. Diese binden durch ihre Schwerkraft das für unsere Augen unsichtbare, extrem verdünnte Gas aus ihrer Umgebung. Durch Kompression und Verwirbelung erhitzt sich das Gas und strahlt intensiv im Röntgenbereich. Zu den ersten Aufnahmen zählen die interagierenden Galaxienhaufen A3391 und A3395 (Abbildung 3). Die beiden Haufen, die in den Bildern als große, elliptische Nebel erscheinen, erstrecken sich über Millionen von Lichtjahren und enthalten jeweils Tausende von Galaxien. Während seiner 4-jährigen Himmelsdurchmusterung wird eROSITA rund 100.000 Galaxienhaufen sowie mehrere Millionen aktive Schwarze Löcher in den Zentren der Galaxien entdecken und kartieren.

 

Abbildung 3: Die beiden interagierenden Galaxienhaufen A3391, oben im Bild, und A3395, unten, in einer Reihe von Aufnahmen, beobachtet mit allen sieben eROSITA-Teleskopmodulen am 17. und 18. Oktober 2019. Die einzelnen Bilder wurden verschiedenen Analysetechniken unterzogen und dann unterschiedlich eingefärbt, um die verschiedenen Strukturen hervorzuheben. Im linken Bild beziehen sich die Farben Rot, Grün und Blau auf die drei verschiedenen Energiebänder von eROSITA. Man sieht die beiden Haufen deutlich als neblige Strukturen, bei denen das extrem heiße Gas (mehrere zehn Millionen Grad) im Raum zwischen den Galaxien hell im Röntgenlicht leuchtet. Das rechte Bild hebt die "Brücke" oder das „Filament“ zwischen den beiden Haufen hervor und bestätigt den Verdacht, dass diese beiden riesigen Strukturen tatsächlich dynamisch interagieren. Die eROSITA-Beobachtungen zeigen auch Hunderte von punktförmigen Quellen, die entweder entfernte supermassereiche Schwarze Löcher oder heiße Sterne in der Milchstraße markieren.

Credit: T. Reiprich (Univ. Bonn), M. Ramos-Ceja (MPE), F. Pacaud (Univ. Bonn), D. Eckert (Univ. Geneva), J. Sanders (MPE), N. Ota (Univ. Bonn), E. Bulbul (MPE), V. Ghirardini (MPE), MPE/IKI

Das deutsche Röntgenteleskop eROSITA wurde mit Unterstützung des DLR Raumfahrtmanagements vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) sowie den Universitäten Erlangen-Nürnberg, Hamburg und Tübingen entwickelt und gebaut. Die Universitäten München und Bonn waren zudem an der Vorbereitung der wissenschaftlichen Auswertung beteiligt. Die Partnerinstitute haben Software für die Datenanalyse, Missionsplanung und Simulationen sowie Teile der Hardware erstellt. Das russische Partner-Institut ist das Space Research Institute IKI, Moskau; technisch verantwortlich für die gesamte Mission ist die Firma NPOL, Lavochkin Association, in Khimky bei Moskau, wobei SRG ein gemeinsames Projekt der russischen und deutschen Raumfahrtagenturen, Roskosmos und DLR, ist.

 

Pressemitteilung MPE

http://www.mpe.mpg.de/7360566/news20191022

Pressemitteilung DLR

https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2019/04/20191022_first-light-erosita.html

Wissenschaftlicher Kontakt

Dr. Axel Schwope, 0331 7499 232, aschwope@aip.de

Medienkontakt

Sarah Hönig, 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.

Mehr…