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Datum: 7. April 2011, Nr. 28

Blick in Geburtswolke junger Sterne

Fliegende Sternwarte SOFIA: Erste Wissenschaft mit deutschem Instrument GREAT

Am 6. April 2011 haben deutsche Wissenschaftler ihre ersten astronomischen Messungen an Bord des Flugzeug-Observatoriums SOFIA, des Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie, durchgeführt. SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR, ist das derzeit einzige Flugzeug-Observatorium weltweit. Es kommt in Flughöhen zwischen 10 und 13 Kilometern zum Einsatz und kann daher Beobachtungen in Wellenlängenbereichen durchführen, die aufgrund der Absorption durch den Wasserdampf in der Erdatmosphäre mit bodengebundenen Teleskopen nicht möglich sind. SOFIAs Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert.

Als am frühen Morgen des 6. April um 6.40 Uhr lokaler Zeit (15.40 Uhr Mitteleuropäische Sommerzeit) SOFIA nach einem erfolgreichen Beobachtungsflug wieder zu seinem Heimatflughafen, der „ Dryden Aircraft Operations Facility” (DAOF) in Palmdale, Kalifornien, zurückkehrte, hatten Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und sein Team ihren ersten Forschungsflug mit GREAT, dem „German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“, erfolgreich abgeschlossen. Das Instrument wurde unter anderem auf die Galaxie IC342 ausgerichtet, eine nahegelegene Spiralgalaxie in Richtung des Sternbilds Giraffe (Camelopardalis) und auf den Omeganebel M17, eine Molekülwolke mit sehr aktiver Sternentstehung in rund 5.000 Lichtjahren Entfernung von der Erde. In beiden Quellen wurden sowohl die Strahlung des ionisierten Kohlenstoffs bei einer Frequenz von 1,9 Terahertz (einer Wellenlänge von 0,158 Millimetern entsprechend) als auch die Emission der Rotationsübergänge des warmen Kohlenmonoxids CO beobachtet.

Projektleiter Dr. Rolf Güsten freut sich über den Erfolg: „Diese allerersten Spektren mit GREAT sind die Belohnung für etliche Jahre harter Arbeit zur Entwicklung des auf neuesten Technologien basierenden Spektrometers; sie zeigen das herausragende wissenschaftliche Potential der luftgestützten Ferninfrarot-Spektroskopie. Die große Sammelfläche des Teleskops mit 2,7 Metern Durchmesser, gepaart mit dem enormen Fortschritt der Terahertz-Technologien während der letzten Jahre, lässt GREAT 100-fach schneller Daten erfassen als in früheren Experimenten – dies eröffnet den Weg für einzigartige wissenschaftliche Experimente.“
 
Mit GREAT wurden die stärksten Emissionslinien beobachtet, über die eine Kühlung des interstellaren Materials erfolgt. Das Gleichgewicht zwischen Heizungs- und Kühlungsprozessen reguliert die Temperatur des interstellaren Mediums, und damit auch die Ausgangsbedingungen für die Entstehung von neuen Sternen. Jürgen Stutzki (Universität zu Köln), der zweite Projektmanager des GREAT-Teams, erklärt dazu: „Die ionisierte Kohlenstofflinie wird durch intensive Ultraviolettstrahlung von neugebildeten Sternen angeregt; sie gibt uns einen einzigartigen Zugang zum Verständnis der physikalischen Prozesse und chemischen Bedingungen in den stellaren Geburtsstätten. SOFIA ermöglicht es uns, zu verstehen, wie junge Sterne entstehen und wie sie ihre Geburtswolken verändern.“ 
 
Nach diesen ersten Beobachtungsflügen mit GREAT wird SOFIA für die Nutzung von Astronomen außerhalb des Projektes geöffnet. „Astronomen aller deutschen Institute konnten sich für wissenschaftliche Beobachtungen mit SOFIA im Sommer 2011 bewerben“, erklärt Alfred Krabbe, der Leiter des (DSI) an der Universität Stuttgart. „Dabei kommen dann sowohl GREAT als auch die amerikanische Kamera FORCAST (Faint Object InfraRed-CAmera for the SOFIA Telescope) zum Einsatz.“
Alois Himmes, der Projektmanager für SOFIA am DLR zeigt sich zufrieden: „Der erste Wissenschaftsflug des GREAT-Empfängers markiert den Beginn der deutsch-amerikanischen wissenschaftlichen Zusammenarbeit im SOFIA-Projekt. Wir blicken dem zukünftigen Messbetrieb zuversichtlich entgegen“, sagt er.
 
Weitere Informationen bei
Alfred Krabbe, Tel. 0711/685-62379; e-mail: krabbe@dsi.uni-stuttgart.de,
Dörte Mehlert, Tel. 0711/685-69632; e-mail: mehlert@dsi.uni-stuttgart.de,
Henning Krause (DLR), Tel. 02203 / 601-2502; email: henning-krause@dlr.de
Rolf Güsten (MPIfR), Tel. 0228 / 525 383 email: rguesten@mpifr.de
Norbert Junkes (MPIfR), Tel. 0228 / 525 399; email: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de
Susanne Herbst (I. Physik. Institut, Universität zu Köln), Tel. 0221/470 7028; email: herbst@ph1.uni-koeln.de

Weitere Informationen über SOFIA finden Sie unter:
www.dsi.uni-stuttgart.de, www.dlr.de/sofia, www.nasa.gov/sofia, www.sofia.usra.edu
Film (15min) über die GREAT-Installation an Bord von SOFIA (DLR/GREAT):
http://www.mpifr-bonn.mpg.de/public/pr/GREAT-inst.mp4

Informationen zu GREAT finden Sie unter:
www.mpifr-bonn.mpg.de/div/submmtech/GREAT.html

SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Fond) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA).  

  

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Abbildung 1: Das GREAT-Instrument hat am 6. April 2011 die ersten Terahertz-Photonen aus der Sternentstehungsregion M17SW aufgenommen. Ausgewählte Spektren von ionisiertem Kohlenstoff ([CII], weiße Linie) und warmem Kohlendioxid (CO, grüne Linie) werden als Überlagerung auf ein Falschfarbenbild im Nahinfrarotbereich, gemessen mit dem Weltraumteleskop Spitzer (NASA/JPL-Caltech/M. Povich, Univ. Wisconsin), gezeigt. Die hohe spektrale Auflösung von GREAT ist erforderlich, um die Geschwindigkeitsstruktur entlang der Wolke anhand der Linienprofile zu untersuchen. Der vermessene Bereich ist in Rot markiert und die über die Geschwindigkeit integrierte Verteilung von [CII] and CO wird in den unteren Einblendungen gezeigt. Mit den GREAT-Daten wird die Übergangsregion erforscht, in der die Molekülwolke der ionisierenden Strahlung durch massereiche Sterne ausgesetzt ist. (Abbildung: GREAT Team/ NASA/DLR/SOFIA/USRA/DSI). Hintergrundbild: Weltraumteleskop Spitzer (NASA/JPL-Caltech/M. Povich, Univ. Wisconsin).) M17SW ist eine interstellare Molekülwolke, die etwa 10.000 Sonnenmassen an Gas enthält und von einem jungen Sternhaufen mit mehr als einer Million Sonnenleuchtkräften beschienen wird. Die ultraviolette Strahlung des Haufens ionisiert und heizt das Gas und könnte es soweit komprimieren, dass sich aus dem Gas weitere Sterne bilden. Die SOFIA-Beobachtungen erlauben, diesen Kompressionseffekt zu vermessen und mit der Aufheizung des Gases, die zu einer Expansion führt, zu vergleichen. Auf diese Weise kann man den Sternent-stehungs-Prozess untersuchen. Spektren: NASA/DLR/SOFIA/USRA/DSI/GREAT