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Kartographie eines fernen Sterns

Das Magnetfeld des Sterns II Pegasi. Gezeigt ist die Extrapolation des Magnetfeldes auf 2,2 Sternradien. Offene Feldlinien werden farbig dargestellt (Magenta: negative Polarität, grün: positive Polarität, geschlossene Schleifen sind weiß). Credit: AIP

Kartographie eines fernen Sterns

19. März 2019. Der am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) gefertigte Spektrograph PEPSI zeigt erste Aufnahmen der Struktur des Magnetfelds auf der Oberfläche eines weit entfernten Ste...

Selbst mit den größten Teleskopen erscheinen die Oberflächen entfernter Sterne normalerweise nur als Lichtpunkte. Eine detaillierte Auflösung wird erst mittels einer speziellen Technik, der sogenannten Doppler-Tomographie, möglich. Dafür werden ein hochauflösender Spektrograph, ein großes Teleskop, ausreichend Beobachtungszeit und eine präzise Analysesoftware benötigt. Jede Linie im Spektrum eines Sterns kann als komprimiertes, eindimensionales Bild der Sternoberfläche betrachtet werden, die wenn der Stern rotiert, durch den Doppler-Effekt verbreitert wird. Hat ein Stern auf seiner Oberfläche Flecken, analog zu den Sonnenflecken auf unserer Sonne, werden diese durch den Doppler-Effekt verbreiterten Spektrallinien verformt. Mehrere Aufnahmen dieser Spektrallinien während einer kompletten Sternumdrehung können dann in eine zweidimensionale Temperatur- (oder Helligkeits-) Karte übersetzt werden. Die Methode, so eine ansonsten unaufgelöste Sternoberfläche abzubilden, ist mit der Kernspintomographie in der Medizin vergleichbar.

Das Instrument PEPSI (The Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument) geht jedoch einen entscheidenden Schritt weiter. Durch seine zwei Polarimeter, die dem Spektrographen zusätzlich polarisiertes Licht zuführen, kann auch der Einfluss des ansonsten versteckten Zeeman-Effekts erfasst werden. Der Zeeman-Effekt bezeichnet die Aufspaltung und Polarisation von Spektrallinien durch ein Magnetfeld. Wenn man den Zeeman-Effekt mit dem Doppler-Effekt kombiniert entschlüsselt, ist es möglich, die Magnetfeldgeometrie des Sterns zu rekonstruieren. Diese Kartographie in polarisiertem Licht nennt sich dann Zeeman-Doppler-Imaging.

Mit PEPSI-Beobachtungen am Large Binocular Telescope (LBT) gelang es einem Team von Astronomen des AIP, eine einmalige Serie hochaufgelöster polarisierter Spektren des rotierenden Sterns II Pegasi aufzuzeichnen. „Der Stern hat eine Rotationsdauer von 6,7 Tagen, weswegen er sich in Hinblick auf die benötigte Beobachtungszeit am LBT eignet,“ sagt der Autor der Studie und Projektleiter von PEPSI, Prof. Dr. Klaus Strassmeier vom AIP. „Und mit sieben aufeinanderfolgenden klaren Nächten hatten wir außerdem sehr viel Glück,“ ergänzt Dr. Ilya Ilyin, Wissenschaftler im PEPSI Projekt. Die Analyse der Beobachtungen erfolgte mit der am AIP entwickelten Software für hochaufgelöste Spektrallinienprofile iMap. Überraschend für das Wissenschaftlerteam war, dass sowohl warme als auch kalte Sonnenflecken rekonstruiert wurden und diese mit umgekehrter Polung erschienen.

„Die warmen Bereiche des Sterns zeigen eine positive Polung, während die meisten kalten Stellen eine negative oder gemischte Polung vorweisen,“ sagt Dr. Thorsten Carroll, Projektleiter von iMap. Die Fleckenverteilung auf II Peg hat keine direkte Entsprechung auf der Sonne. Die einzelnen Flecken erscheinen vergleichsweise riesig, rund tausendmal größer als die Flecken auf unserer Sonne. „Wir erklären die koexistierenden warmen Flecken auf II Peg mit dem Erhitzen durch eine Schockfront im Plasmafluss zwischen Regionen unterschiedlicher Polarität“, fasst Strassmeier zusammen. "PEPSI ist sowohl als Spektrograph als auch als Spektropolarimeter einzigartig in der heutigen Welt astronomischer Instrumente und wird bedeutende Beiträge zur Sternphysik leisten", fügt Christian Veillet, Direktor des LBT Observatory, hinzu. "Die Notwendigkeit, die Sterne, die Exoplaneten beherbergen, sowie die Planeten selbst durch Transitbeobachtungen zu charakterisieren, wird PEPSI zu einem gefragten Instrument für die Mitglieder der LBT-Gemeinschaft machen.“

 

Stern II Pegasi
Darstellung des Doppler-Effekts (oben) und Zeeman-Doppler-Imaging (unten) von II Pegasi. Credit: AIP

 

Weitere Informationen

https://pepsi.aip.de

http://www.lbto.org/

Wissenschaftlicher Kontakt

Prof. Dr. Klaus G. Strassmeier, 0331-7499-223, kstrassmeier@aip.de

Dr. Thorsten Carroll, 0331-7499-207, tcarroll@aip.de

Dr. Ilya Ilyin, 0331-7499-269, ilyin@aip.de

Dr. Christian Veillet (LBTO), +1 (520) 621-5286, cveillet@lbto.org

Medienkontakt

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

Originalpublikation

K. G. Strassmeier, T. A. Carroll, & I. V. Ilyin, Warm and cool starspots with opposite polarities. A high-resolution Zeeman-Doppler-Imaging study of II Pegasi with PEPSI, A&A, im Druck; arXiv:190211201S

Videos und Bilder

http://bit.ly/PEPSI_Movies

see “II Peg” at https://pepsi.aip.de

Pressemitteilung des LBT:

http://www.lbto.org/pepsi-pol-2019.html

 

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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21. März | Babelsberger Sternennacht

Credit: NASA/SDO/AIA

21. März | Babelsberger Sternennacht

Am Donnerstag, 21. März 2019, ab 19.15 Uhr lädt das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) zur nächsten Babelsberger Sternennacht ein. Andrea Diercke hält einen Vortrag zum Thema „Fa...

Sonnenflecken gehören zu den bekanntesten Erscheinungen auf unserem Heimatstern, aber auch Filamente sind faszinierende Objekte, welche in vielen verschiedenen Formen auf der Sonnenoberfläche zu finden sind. Diese Objekte sehen aus wie Wolken und bestehen aus relativ "kühlem" Plasma in der Sonnenatmosphäre. Als Eruptionen können sie Einfluss haben auf die technologische Gesellschaft in der wir leben, in dem sie Satelliten beschädigen oder GPS-Signale stören. Um diese Weltraumwetterereignisse vorherzusagen, müssen wir deren Ursprung und Ursachen verstehen. Im Vortrag werden aktuelle wissenschaftliche Beobachtungen von Filamenten in verschiedenen Wellenlängen vorgestellt und auf deren Bedeutung für die Forschung eingegangen.

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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Milchstraße und darüber hinaus: Himmelsdurchmusterung der nächsten Generation

Das VISTA-Teleskop der ESO am Paranal Observatorium in Chile. Credit: G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO

Milchstraße und darüber hinaus: Himmelsdurchmusterung der nächsten Generation

6. März 2019. Das 4-Meter spektroskopische Multi-Objekt-Teleskop 4MOST wird als größte Beobachtungseinrichtung ihrer Art den aktuell drängendsten astronomischen Fragen der Galaktischen Archäol...

In einer Spezialausgabe des ESO Messengers geben mehrere Artikel einen Überblick über das Projekt und informieren detailliert über die erste Ausschreibung von Beobachtungszeit, den wissenschaftlichen Betrieb und die Beobachtungsstrategie. „Ebenso werden die geplanten Himmelsdurchmusterungen vorgestellt. Die ESO-Gemeinschaft wird so auf die erste Ausschreibung in der zweiten Jahreshälfte 2019 für die Nutzung von 4MOST vorbereitet“ sagt Roelof de Jong, Projektleiter von 4MOST. „Für die astronomische Gemeinschaft wird das eine einmalige Gelegenheit sein, Beobachtungszeit mit 4MOST für die ersten fünf Jahre zu beantragen.“

Der Multi-Objekt-Spektrograph 4MOST wird für das VISTA-Teleskop (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) der ESO am Paranal Observatorium in Chile gebaut. Als einer der besten Beobachtungsstandorte weltweit ermöglicht das Observatorium die Beobachtung einzigartiger Objekte der südlichen Hemisphäre, insbesondere des galaktischen Zentrums und der Magellanschen Wolken. Das Design von 4MOST erlaubt die Aufzeichnung von mehreren zehn Millionen Spektren in fünf Jahren über den gesamten Südhimmel.

Das Instrument befindet sich derzeit bei verschiedenen Instituten des Konsortiums in der Konstruktionsphase, die das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) koordiniert. Während die Fertigung bis 2021 erfolgt, beginnt bereits die Auswahl der Beobachtungsanträge. Sobald die Subsysteme an den einzelnen Instituten fertiggestellt sind, werden sie nach Potsdam geliefert und ausführliche Tests am vollständigen System durchgeführt. Im Jahr 2022 erfolgt dann der Transport nach Chile und die Installation am VISTA-Teleskop.

4MOST unterscheidet sich von anderen ESO-Instrumenten darin, dass es gleichzeitig mehrere unterschiedliche wissenschaftliche Ziele während einer einzigen Beobachtung verfolgen kann. Das wissenschaftliche Programm selbst besteht aus Himmelsdurchmusterungen, um sowohl verschiedene Komponenten der Milchstraße und der Magellanschen Wolken mittels Galaktischer Archäologie zu untersuchen, als auch kosmologische Parameter, die Eigenschaften von Dunkler Energie und Dunkler Materie und die Geschichte der Entstehung von Galaxien und Schwarzer Löcher aufzuschlüsseln. Alle Beobachtungen von 4MOST werden frei zugänglich im ESO-Archiv veröffentlicht.

Das 4MOST-Konsortium besteht aus 15 Instituten aus Deutschland, Großbritannien, Frankreich, Schweden, der Schweiz, Australien und den Niederlanden. Die Leitung liegt beim Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). Mehr als 330 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Ingenieurinnen und Ingenieure arbeiten an 4MOST und haben an den Veröffentlichungen mitgewirkt.

 

Artikel im ESO Messenger hhttp://bit.ly/Messenger4MOST

Weitere Informationen zu 4MOST https://www.4most.eu/

 

4MOST Konsortium:

Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)

Australian Astronomical Optics, Macquarie University (AAO)

Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL)

European Southern Observatory (ESO)

Institute of Astronomy, Cambridge (IoA)

Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg (MPIA)

Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching (MPE)

Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH)

NOVA/ASTRON, Dwingeloo

Rijksuniversiteit Groningen (RuG)

Lunds Universitet (LU)

Uppsala Universitet (UU)

Universität Hamburg (UHH)

University of Western Australia (UWA)

École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)

 

Wissenschaftlicher Kontakt Dr. Roelof de Jong, 0331-7499-648, rdejong@aip.de

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

 

Das VISTA-Teleskop in Bildern

https://www.eso.org/public/images/archive/search/list/1/?adv=&subject_name=Visible+and+Infrared+Survey+Telescope+for+Astronomy

 

Pressemitteilung des Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg (MPIA): http://www.mpia.de/kurzmeldungen/2019-03-4most

 

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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Symposium zur Milchstraße mit Potsdamer Kongresspreis ausgezeichnet

Die Gewinner des Potsdamer Kongresspreises

Symposium zur Milchstraße mit Potsdamer Kongresspreis ausgezeichnet

28. Februar 2019. Am Abend des 28. Februar wurde der Potsdamer Kongresspreis verliehen. Das vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) veranstaltete IAU-Symposium „Rediscovering our Gala...

Die internationale Fachkonferenz mit knapp 200 Teilnehmerinnen und Teilnehmern aus 25 Ländern widmete sich im Juli 2017 unserer Heimatgalaxie: „Das Wissen über die Milchstraße wächst rasant. Diese Entwicklung nahmen wir zum Anlass, auf einer internationalen Fachkonferenz die neuesten wissenschaftlichen Ergebnisse zu diskutieren“, sagt AIP-Wissenschaftlerin und Vorsitzende des wissenschaftlichen Organisationskomitees Dr. Cristina Chiappini. „Es war ein umfangreiches Programm, das Daten und Modellierung umfasste sowie zwei einstündige Diskussionsrunden mit renommierten Teilnehmern“, ergänzt AIP-Forscherin und Vorsitzende des lokalen Organisationskomitees Dr. Marica Valentini. Die Ergebnisse der Tagung wurden in einem Buch veröffentlicht. Das Symposium umfasste auch den Besuch von rund 40 Kindern einer internationalen Schule in Berlin, die den Großen Refraktor sowie den Einsteinturm besuchten und die Gelegenheit hatten, eine virtuelle Reise durch eine kosmologische Galaxienbildungssimulation zu erleben. „Diese Kinder aus Europa, Südamerika und Afrika haben uns geholfen, für die Tatsache zu sensibilisieren, dass die Wissenschaft zwar sehr international ist, sich aber immer noch darum bemüht, Teilnehmer aus der ganzen Welt einzubeziehen.“, sagt Cristina Chiappini, die selbst italienischer und brasilianischer Nationalität ist.

Das AIP in Potsdam hat eine führende Rolle als Forschungsinstitut auf dem Gebiet der Milchstraße. Die von der Internationalen Astronomische Union (IAU) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Veranstaltung wurde gezielt in Potsdam ausgerichtet, da sowohl die Anbindung an den Wissenschaftsstandort, als auch die Attraktivität Potsdams mit seinen zahlreichen Sehenswürdigkeiten für die internationalen Teilnehmenden eine wichtige Rolle spielten. Die Tagung zog Expertinnen und Experten auf dem Gebiet der Milchstraße nach Potsdam und gilt als richtungsweisend für das Feld.

Der Potsdamer Kongresspreis wird in drei Kategorien vergeben. Dabei orientiert sich die Jury an Kriterien wie Internationalität, Innovation, touristischer als auch wirtschaftlicher Relevanz für die Region. Die Bewerbung des AIP konnte die Jury in fast allen Punkten überzeugen: Eine hohe wissenschaftliche Bedeutung, ein umfangreiches Rahmenprogramm mit hoher Imagewirkung für Potsdam und Fachexkursionen in wissenschaftliche Einrichtungen. Auf die Themen Gleichstellung und Toleranz wurde großer Wert gelegt.

 

Konferenzwebseite https://iaus334.aip.de/

Potsdamer Kongresspreis https://www.wis-potsdam.de/de/pkp18-potsdamer-kongresspreis

 

Wissenschaftlicher Kontakt Cristina Chiappini, 0331/7499 454, cristina.chiappini@aip.de

Pressekontakt Janine Fohlmeister, 0331/7499 802, presse@aip.de

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Sonneneruptionen und ihre energiereichen Folgen

Bild des Flares vom 10. September 2017, beobachtet mit Solar Dynamics Observatory der NASA. Credit: NASA/SDO und AIA Science Team

Sonneneruptionen und ihre energiereichen Folgen

22. Februar 2019. Unsere Sonne ist ein aktiver Stern. Das lässt sich nicht nur anhand des bekannten 11-jährigen Zyklus von Sonnenflecken beobachten, sondern auch in Form von kurzlebigen Eruptione...

Diese Ereignisse werden als Flares oder koronale Massenauswürfe bezeichnet und können starke Stoßwellen erzeugen. Am 10. September 2017 ereignete sich die zweitgrößte Eruption dieser Art während unseres gegenwärtigen Sonnenzyklus. Sie wurde von einem sehr schnellen koronalen Massenausstoß und Schockwellen begleitet und mit verschiedenen Weltrauminstrumenten sowie dem bodengestützten Radiointerferometer LOFAR beobachtet.

Schockwellen, die durch solche koronalen Massenauswürfe ausgelöst werden, beschleunigen Teilchen schnell zu hohen Energien. Die Erzeugung solcher energetischen Elektronen ist in der Astrophysik von besonderem Interesse, da sie für die nichtthermische Radio- und Röntgenstrahlung im Weltraum verantwortlich sind. Die Beziehung zwischen koronalen Massenauswürfen, Schocks und Teilchenbeschleunigung ist ein zentrales Thema der aktuellen Forschung. Bei der im September 2017 beobachteten Eruption konnte nun zum ersten Mal die Elektronenbeschleunigung an mehreren Stellen des sich ausdehnenden koronalen Massenauswurfs lokalisiert werden – mit Hilfe der räumlichen und spektralen Fähigkeiten von LOFAR.

LOFAR (LOw Frequency ARray) ist ein Radioteleskopnetz mit hoher spektraler, räumlicher und zeitlicher Auflösung. Es besteht derzeit aus 24 Kern- und 14 Fernstationen in den Niederlanden und 13 internationalen Stationen in ganz Europa: mit einer Ausdehnung über 1.885 km von Irland nach Polen. Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) beteiligt sich mit einer eigenen LOFAR-Station in Potsdam-Bornim und leitet das Schlüsselforschungsprojekt „Sonnenphysik und Weltraumwetter mit LOFAR“.

 

Artikel bei Nature Astronomy: https://rdcu.be/bnkK2

Diana E. Morosan, Laura A. Hayes, Sophie A. Murray', Eoin P. Carley, Pietro Zucca, Richard A. Fallows, Joe McCauley, Emilia Kilpua, Gottfried Mann, Christian Vocks, Peter T. Gallagher: Multiple regions of shock-accelerated particles during a solar coronal mass ejection

Video der Eruption, beobachtet mit dem Solar Dynamics Observatory der NASA: https://www.youtube.com/watch?v=ybfAvEVpBMo

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