Archiv für Januar 2014



Hobbyastronomen entdecken Zwerggalaxien bei Walgalaxie NGC 4631

23,9 Stunden tiefe Aufnahme von NGC 4631 mit den drei entdeckten Zwerggalaxien; http://arxiv.org/abs/1401.2719

Wie gemeinsam Hobbyastronomen und Fachastronomen zusammenarbeiten können, zeigt der heute online erschienene Fachartikel „Three low surface brightness dwarfs discovered around NGC 4631“ wieder einmal sehr schön. Der Erstautor ist zwar ein russischer Astronom am Special Astrophysical Observatory im Kaukasus, die weiteren Autoren sind jedoch alles Hobbyastronomen und VdS-Mitglieder. In der „Fachgruppe Astrofotografie“ der VdS beschäftigen sich etwa 30 Mitglieder mit dem Projekt „Tief Belichtete Galaxien“ und mit ganz oben auf der Projektliste stand die Galaxie NGC 4631 (Arp 281). Sie fällt durch ihre unregelmäßige Form auf, die vor einer Milliarde Jahre durch eine enge Begegnung mit NGC 4656 entstanden ist; heute beträgt ihr Abstand rund 30 Bogenminuten. Anfang März 2013 nahm Dirk Bautzmann die 24 Millionen Lichtjahre ferne Walgalaxie mit einer Gesamtbelichtung von 13 Stunden auf. Das oben gezeigte Summenbild hat eine Gesamtbelichtungszeit von fast 24 Stunden und besteht aus insgesamt 75 Einzelbildern von Dirk Bautzmann (3,25 Stunden mit 12,5 Zoll), Robert Pölzl (5,67 Stunden mit 14,5 Zoll) und Fabian Neyer (15 Stunden mit 5,5 Zoll), der die Aufnahme auch bearbeitete. Damit konnten die Hobbyastronomen/professionellen Astrofotografen drei vorher unbekannte sehr lichtschwache Zwerggalaxien in unmittelbarer Nähe von NGC 4631 entdecken. Eine diffuse Struktur südlich von dw3 scheint zusätzlich darauf hinzuweisen, dass all diese Objekt Überreste der Wechselwirkung mit der großen Nachbargalaxie NGC 4656 sind.

14.01.2014

Die Menschheit schaut so tief in den Kosmos wie noch nie

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So sieht das Ergebnis aus, wenn man für genau 87 Orbits das Hubble Space Telescope auf ein scheinbar leeres und nur 2 Bogenminuten breites Himmelsareal 16,5 Grad östlich des hellen Herbststerns Fomalhaut ausrichtet und so mit zwei Kameras 67 Stunden lang belichten kann; inklusive der Nachbarfelder erhält man dann insgesamt 176 Orbits. Dabei ist dieses gestern veröffentlichte Pretty Picture von Abell 2744 (Rohbilder gibt’s hier, Pressemeldungen hier und hier, sowie hier eine größere Amateurarbeit mit noch mehr Rohbildern) nur das erste Mosaik von sechs massereichen Galaxienhaufen der sog. „The Frontier Fields“-Kampagne. Für einen tieferen Blick zu den ersten Galaxien ist über drei Jahre hinweg Beobachtungszeit mit insgesamt 640 HST-Orbits geplant – damit schaut die Menschheit so tief in den Kosmos wie noch nie. Der 3,5 Milliarden Lichtjahre ferne supermassive Galaxienhaufen Abell 2744 (allein die gezeigte Aufnahme lässt über fast 500 Billionen Sonnenmassen blicken) ist nur das südlich versetzte Kerngebiet einer gigantischen Verschmelzung von mehreren Galaxienhaufen (Seite 13). Die bisherige Analyse der Haufenkollision offenbarte bereits, dass davon nur 5 Prozent im optischen Licht zu sehen ist, Röntgenlicht emittierendes Gas zwischen den Haufen stellt 20 Prozent dar und der überwiegende Massenanteil von 75 Prozent macht die Dunkle Materie aus.

Diese gewaltige Massenansammlung macht über ihre Gravitationslinsenwirkung unzählige lichtschwache und viel weiter im Hintergrund liegende Galaxien überhaupt erst sichtbar, und neben der Lichtverstärkung wurden auch schon einige Mehrfachbilder von einzelnen Hintergrundobjekten aufgespürt. Welche Entdeckungen im ganz jungen Universum damit möglich sind, wird sich erst in den nächsten Jahren nach detailierten Analysen offenbaren, zumal die veröffentlichte Aufnahme von Abell 2744 erst zur Hälfte fertig ist – im Sommer sammelt das HST weiter 3,5 Milliarden Jahre alte Photonen. Eine allererste Arbeit gibt es dennoch, in der schon von einem Kandidaten mit z=8, entsprechend einer Entfernung von über 13 Milliarden Lichtjahren, gesprochen wird (Bild unten). Es wird aber noch dauern, bis man mit Sicherheit sagen kann, wie tief die Aufnahmen des „The Final Frontiers“-Projekts tatsächlich reichen. Als entferntestes Objekt gilt heute die Galaxie mit der kryptischen Bezeichnung z8_GND_5296. Über die Lyman-alpha-Emissionslinie wurde bei ihr eine Rotverschiebung von z=7,5, was einer Entfernung von 13,1 Milliarden Lichtjahren entspricht, gemessen. Diese Rotverschiebung ist bereits so hoch, dass die sich eigentlich im fernen UV-Bereich befindende Spektrallinie in den nahen IR-Bereich verschoben ist.

08.01.2014

Das Leben, das Universum und der ganze Rest

„Das Leben, das Universum und der ganze Rest“ ist nicht nur der Titel eines Bandes aus Douglas Adams‘ kultiger Romanreihe, ich finde damit ließe sich auch treffend Terrence Malicks wohl wichtigster Film „The Tree of Life“ (Trailer) beschreiben, denn nur das Wort Familiendrama trifft es nicht im geringsten. In gewohnt lyrischer und undurchsichtiger Art und Weise verknüpft Kinopoet Malick seine Geschichte mit der Suche nach dem Sinn des Lebens und bettet dabei alles in einen wahrhaft kosmischen Epos ein. „The Tree of Life“ ist der Blick auf unser kleines Leben zwischen Werden und Vergehen in einem unendlichen Universum. Die kosmische Perspektive verdeutlicht dabei eine atemberaubende 15-minütige Szene, die noch lange im Gedächtnis bleibt. Denn wie majestätisch Galaxien oder der Pferdekopf- und Helixnebel zu Preisners „Lacrimosa“ über die große Leinwand schweben, ist ein schlicht einmaliger Gänsehautmoment. Wie in einem Naturfilm offenbart Regisseur Malick das Entstehen des Kosmos, die Geburt der Erde und die Entwicklung des Lebens bis zu einem nahenden Asteroiden vor 65 Millionen Jahren. Wie ein Raubsaurier Gnade kennen kann, gefällt allerdings nicht jedem, aber dennoch gilt: Nie war die Entstehung der Welt schöner. Nie gesehene Bilder erschuf der Kinopoet zusammen mit dem aus der Rente geholten Douglas Trumbull, der schon für die Spezialeffekte in Stanley Kubricks „2001“ verantwortlich war. Malicks Opus Magnum würde Kubrick sicher gefallen.

Fazit: „The Tree of Life“ gehört ganz klar zu den Filmen, die man nur mögen kann oder nicht. Sogar bei seiner Vorführung in Cannes 2011 erntete der Streifen zugleich Buhrufe und langen Applaus, und wurde schließlich mit der Goldenen Palme ausgezeichnet. Wer einen nachdenklichen Film mit einer ungewohnten Erzählweise (nie bauen zwei Szenen aufeinander auf, vielmehr sind es Erinnerungsfetzen wie in einem Fotoalbum) erwartet und Malicks poetische Bildsprache aus „Der schmale Grat“ oder „The New World“ kennt, sollte sich diese Ode an die Kindheit (u.a. wunderbar mit Smetanas „Moldau“ untermalt) bzw. an die Schönheit der Natur nicht entgehen lassen.

08.01.2014

Venus in rotem Abendkleid

Während in drei Tagen die Venus in Konjunktion zur Sonne steht und immerhin gestern Mittag noch mit 3,5 Grad Sonnenabstand fotografiert wurde, hab ich mir endlich die Zeit genommen meine letzten Fotos aus Dezember durchzusehen. Wie schon am Vorabend lockte auch am 16. Dezember ein malerischer Dämmerungshimmel mit allen denkbaren Rottönen ans Fenster. Die letzten drei Bilder zeigen Venus umgeben von einem langsam Verblassenden aber dennoch wunderschönen Abendrot.

08.01.2014

200 Jahre Fraunhoferlinien … und alles in einer Zeittafel

Ob Erforschung von Exoplaneten, Kartierung von stellaren Flecken und Magnetfeldern oder Messungen der Bewegung von Nebelregionen in M 31 (Dunkle Materie) und Distanzen entferntester Typ-Ia-Supernovae (Dunkle Energie) – all das beruht auf dem Studium der Fraunhoferlinien, an die ebenfalls eine neue Sonderbriefmarke erinnert. [1]

Vor genau 200 Jahren machte der bedeutende Optiker Joseph Fraunhofer seine berühmteste Entdeckung: Bei im Jahr 1814 durchgeführten optischen Experimenten zerlegte er mit einem Prisma das Sonnenlicht in seine Regenbogenfarben und fand darin nicht weniger als „ungefähr 574 Linien“. Er entdeckte wie hunderte schmaler, dunkler Linien – Spektrallinien bzw. einfach Fraunhoferlinien genannt – das farbige Lichtband durchziehen und beobachtete sie sogar im Spektrum der hellsten Sterne. Weder er noch die Astronomen seiner Zeit hatten eine Ahnung davon, dass diese unzähligen dunklen Linien im Sonnenspektrum die Astronomie derart revolutionieren würden wie die Erfindung des Fernrohrs 200 Jahre zuvor; „Wer dachte wohl je beim Anblick eines Regenbogens, dass die Natur weitreichende Aufschlüsse in dies wechselnde Farbenspiel mit so deutlichen Zügen geschrieben habe!“ Dieser Satz aus der 1866 veröffentlichten 5. Auflage von „Die Wunder des Himmels“ besitzt noch heute die gleiche Gültigkeit wie vor rund 150 Jahren. Damals lernten die ersten Astrophysiker mit Glasprismen die Sterne chemisch zu analysieren, die heutigen Himmelsforscher dagegen untersuchen hochaufgelöste Spektren, die an riesigen 10m-Teleskopen mit modernsten Echelle-Spektrografen aufgenommen werden. Die folgende Abbildung gibt einen 200 Jahre umfassenden Überblick über die Spektralapparate von Fraunhofer (1814: Entdeckung der Spektrallinien), Kirchhoff und Bunsen (1860: Begründung der Spektralanalyse), Vesto Slipher (1914: Entdeckung der Rotverschiebung von Galaxien) und Maarten Schmidt (1963: Entdeckung der Quasare); das letzte Bild zeigt die optischen Bauteile des neuen HRS-Spektrografen des 11m-SALT-Teleskops. „Nach dem Teleskop ist das Spektroskop unwiderruflich das wichtigste Instrument in der Geschichte der Astronomie.“

Spektralapparate von gestern bis heute [2]

Die Spektroskopie ist heute das weitreichendste Werkzeug für die Erforschung des Himmels, denn schätzungsweise 80% aller astronomischer Arbeiten beruhen auf dem Studium der Spektrallinien. Mit den heutigen Mitteln erscheint es einfach immer unglaublicher, was uns die detailierte Analyse der Fraunhoferlinien erzählt: Von der Temperaturmessung und Altersbestimmung von Sternen und Sternhaufen über die Kartierung von Sternflecken und ihrer Magnetfelder bis zur Massenberechnung von Schwarzen Löchern (durch die Rotation der umgebenen Gasscheiben) oder dem Nachweis und der Analyse von Exoplaneten – diese und noch unzählige andere Informationen verraten allein die Spektrallinien im Regenbogenlicht von Sternen, Planeten, Sternschnuppen, Kometen, Nebeln, Galaxien und Quasaren usw. Wie kein anderes Instrument offenbart uns Fraunhofers im Licht versteckter Schlüssel die Physik des Nachthimmels auf unvorstellbare, verblüffende und fantastische Weise, da sich durch ihn die beobachtende Astronomie zu einer beschreibenden Wissenschaft wandelte. Mit der Analyse der Fraunhoferlinien wird Unsichtbares sichtbar gemacht. „Und wenn heute Abend der Himmel wolkenlos ist, dann sollten Sie einmal hinausgehen und und an einer dunklen Stelle den Blick nach oben wenden. Lassen Sie die Faszination der modernen Astrophysik und die Faszination des nächtlichen Firmaments zugleich auf sich wirken.“

Im Zuge meines interstellarumArtikels „Der Schlüssel zur Astrophysik“ (erscheint am 24. Januar) hat sich gezeigt, dass sich die gesamten astrophysikalischen Errungenschaften bezüglich Fraunhofers wahrer Schlüsselentdeckung nicht einfach auf sechs Seiten darstellen lassen. Deshalb möchte ich an dieser Stelle die vermutlich vollständigste Liste zum Thema 200 Jahre Fraunhoferlinien zusammenstellen. Diese Übersicht/Zeittafel soll den Siegeszug der Fraunhoferlinien bzw. der Spektroskopie in der Astronomie deutlich machen und über die Geschichte, den Fortschritt bis zur heutigen Astrophysik und einige der interessantesten Entdeckungen informieren.

Jahr Entdeckung
1802 William Hyde Wollaston entdeckt erstmals einzelne Spektrallinien im Sonnenlicht
1814 Unabhängig entdeckt Joseph Fraunhofer die später nach ihm benannten Spektrallinien und untersucht sie systematisch
1819 Fraunhofer findet die dunkle D-Linie auch im Licht von Kapella und Pollux
1822 Mit einem Diamanten stellt Fraunhofer sein bestes Beugungsgitter her: 3.601 Linien ritzt er in ein 12cm großes Glasstück (302 Linien pro Millimeter)
1826 Der Entdecker der Fraunhoferlinien stirbt mit nur 39 Jahren
1835 Nach Auguste Comte können wir nur die Bewegungen der Sterne studieren, denn »wir werden niemals durch irgendein Mittel ihre chemische Beschaffenheit oder ihre mineralogische Struktur […] bestimmen können«
1840 Nach Friedrich Wilhelm Bessels Worten bildet einzig die Himmelsmechanik »das eigentliche astronomische Interesse«
1841 Christian Doppler beginnt mit der Ausarbeitung des nach ihm benannten Doppler-Effekts
1842 Edmond Becquerel, Vater des Nobelpreisträgers Henri Becquerel, fotografiert erstmals Spektrallinien
1845 Ein Kritiker Dopplers bestätigt mit Trompeten auf der Schiene die Richtigkeit des akustischen Doppler-Effekts
1848 Sind für Doppler die Farben der Sterne Ausdruck ihrer Geschwindigkeit, beschreibt als erster Hippolyte Fizeau die Verschiebung von Spektrallinien und gilt als »Grundleger der spektroskopischen Methode der Geschwindigkeitsbestimmung«
1859 bis 1862 Kirchhoff und Bunsen entschlüsseln die Fraunhoferlinien, erkennen die D-Linie als Natrium und begründen so die Spektralanalyse und damit die Astrophysik
1862 Michael Faraday sucht mit Elektromagnet, Spektroskop und Kerzenflamme den Einfluss von Magnetfeldern auf das Spektrum
1864 William Huggins beobachtet erstmals das Spektrum eines Planetarischen Nebels (NGC 6543)
1865 Für das neu entstehende Gebiet der Spektralanalyse prägt Karl Friedrich Zöllner in seiner Doktorarbeit den Begriff »Astrophysik«
1865 Als erster verwendet Wilhelm Klinkerfues Sternspektren zur Messung von Geschwindigkeiten
1866 Ein neuer Stern in der Nördlichen Krone ist die erste spektroskopierte Nova (T CrB)
1867 Erstmals wird nach der Doppler-Verschiebung von Spektrallinien gesucht
1868 Eine unbekannte Spektrallinie wird entdeckt und später Helium nach dem griechischen Sonnengott genannt
1869 Doppler-Verschiebungen im Sonnenspektrum verraten bis zu 240km/s schnelle Protuberanzen
1888 Algol ist der erste spektroskopisch entdeckte Doppelstern
1896 und 1897 Im Labor entdeckt Pieter Zeeman den nach ihm benannten Effekt der Verbreiterung und Aufspaltung von Spektrallinien durch Magnetfelder
1905 Mit Sternen, deren »Linien ungewöhnlich eng und scharf sind« entdeckt Ejnar Hertzsprung Sternriesen und -zwerge, was später zur Entstehung des Hertzsprung-Russell-Diagramms führt
1908 Erstmals erscheint der Begriff »Rotverschiebung« und mit dem Zeeman-Effekt wird erklärt, dass Sonnenflecken starke Magnetfelder sind
1914 Vesto Slipher präsentiert mehrere Geschwindigkeitsmessungen von Galaxien
1917 Willem de Sitter gilt als Entdecker des kosmologischen Rotverschiebung und fand – mit einem Modell eines statischen Universums -, dass sie eine Eigenschaft der Raumzeit ist
1925 Cecilia Payne zeigt in ihrer Doktorarbeit, dass die Sonne zu 98% aus Wasserstoff und Helium besteht, obwohl 1/3 der Spektrallinien Eisenlinien sind
1933 Radialgeschwindigkeitsmessungen im Coma-Galaxienhaufen führen zur Entdeckung der Dunklen Materie
1939 Eine Spektrallinie von 13-fach ionisiertem Eisen (Fe XIV) verrät die extrem heiße Sonnenkorona
1946 Horace Babcock beginnt die (magnetische) Suche nach dem Zeeman-Effekt in Sternspektren
1960 Basierend auf den Doppler-Effekt entsteht die Helioseismologie
1963 Maarten Schmidt stößt auf die hohe Rotverschiebung des sternähnlichen Objekts 3C 273 und entdeckt damit den ersten Quasar
1970 Weiterer Hinweis auf Dunkle Materie durch Spektroskopie von Gasnebeln in M 31
1971 Ein Doppler-Merkmal verrät ein Schwarzes Loch bei HDE 226868
1980 Die Suche nach Exoplaneten mit der Doppler-Methode beginnt
1982 Für eine Analysemethode, mit der sich Sternflecken und Elementhäufigkeiten auf Sternoberflächen kartieren lassen, entsteht der Begriff »Doppler Imaging«
1987 Ein Doppler-Signal von gamma Cep ist der erste Hinweis auf einen Exoplaneten, bestätigt wird er jedoch erst 2002
1988 Als Weiterentwicklung entsteht das »Doppler Zeeman Imaging«, das die Polarisation in den Fraunhoferlinien zur Kartierung von stellaren Magnetfeldern nutzt
1995 Ein Doppler-Signal von 51 Peg führt zum ersten Exoplaneten bei einem sonnenähnlichen Stern
1998 Insgesamt 52 Spektren tragen zur Entdeckung der Dunklen Energie bei
1999 Die Analyse von fünf Eisenlinien im Spektrum von XX Tri führt zur Entdeckung des größten Sonnenflecks
2000 Die Natriumlinie wird erstmals bei einem Exoplaneten nachgewiesen
2011 Die Entdecker der beschleunigten Expansion des Universums werden mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet, was aber die Dunkle Energie ist, ist weiterhin völlig unklar
2013 Ungefähr die Hälfte von 1.000 entdeckten Exoplaneten wurde mit dem Doppler-Effekt gefunden
2014 Entdeckung des bislang eisenärmsten Sterns (sein Spektrum zeigt keine einzige Eisenlinie), so dass er nun als ältester Stern überhaupt gilt
2014 PEPSI wird am LBT installiert und der neue HRS-Spektrograf wird am 11m-SALT-Teleskop in Betrieb genommen

[1] Oben links: ESA, NASA, G. Tinetti, M. Kornmesser; unten links: P. Petit; unten rechts: A. Weis; Mitte rechts: NASA, ESA, High-z Supernova Search Team; oben rechts: cyan, Berlin

[2] Bild 1: Fraunhofer-Gesellschaft; Bild 2: Klaus Hübner: Gustav Robert Kirchhoff; Bild 3: K. Habel; Bild 4: Smithonian National Air and Space Museum; Bild 5: L. Crause

01.01.2014


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