Tanzende Geister: Gekrümmte Strahlen aktiver Galaxien

Seltsam gekrümmte Ströme aus den Kernen aktiver Galaxien.

Bildcredit: Jayanne English und Ray Norris, EMU-ASKAP, DES; Text: Jayanne English (U. Manitoba)

Beschreibung: Warum senden Galaxien Strahlen aus, die wie Geister aussehen? Und warum tanzen sie scheinbar? Die gekrümmten, verschwommenen Ströme aus den sehr massereichen Schwarzen Löchern in den Zentren ihrer Galaxien oben in der Mitte und links unten sind mit nichts Bekanntem vergleichbar. Forschende entdeckten sie mithilfe des Radioteleskops Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) beim Erstellen von Karten, welche die Entwicklung von Galaxien aufzeigen.

Auf früheren Bildern dieser Entwicklungslandkarte des Universums waren nur verwaschene Kleckse zu sehen. Schließlich zeigte ein Vergleich der relativen Menge an abgestrahlter Energie, dass die leuchtenden länglichen Strukturen von Elektronen erzeugt werden, die um Magnetfeldlinien strömen.

Eine Überlagerung der Radiodaten mit einer visuellen Himmelsansicht (der Dark Energy Survey) bestätigte, dass die Elektronenströme aus den Zentren aktiver Galaxien stammten. Meist erzeugen solche Aktiven Galaxienkerne (AGN) gerade Strahlen. Eine führende Hypothese für den geometrischen Ursprung dieser ungewöhnlichen Formen basiert auf dem Strom großräumiger intergalaktischer Winde.

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PDS 70: Scheibe, Planeten und Monde

Innerhalb der Staubscheibe um den Stern PDS 70 befindet sich der Planet PDS 70c mit einer Staubscheibe, in der vermutlich Monde entstehen.

Bildcredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Benisty et al.

Beschreibung: Es ist nicht die große Scheibe, welche die Aufmerksamkeit auf sich zieht, obwohl die große Planeten bildende Scheibe um den Stern PDS 70 klar abgebildet und für sich genommen sehr interessant ist.

Es ist auch nicht der Planet rechts innerhalb der großen Scheibe, über den am meisten gesprochen wird, obwohl der Planet PDS 70c neu entstanden ist und interessanterweise eine ähnliche Größe und Masse besitzt wie Jupiter.

Es ist vielmehr der verschwommene Fleck um den Planeten PDS 70c, der die Aufregung hervorruft. Dieser verschwommene Fleck ist vermutlich ebenfalls eine staubhaltige Scheibe, aus der nun Monde entstehen. So etwas wurde noch nie zuvor beobachtet.

Das Bild wurde mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in der hoch gelegenen Atacamawüste im Norden Chiles fotografiert, das aus 66 Radioteleskopen besteht. Aus den ALMA-Daten schließen die Astronominnen und Astronomen, dass der Radius der exoplanetaren Scheibe, aus der Monde entstehen, ähnlich groß ist wie der unserer Erdbahn, und dass eines Tages ungefähr drei erdmondgroße Monde entstehen könnten, die sich nicht wesentlich von den vier unseres Jupiters unterscheiden.

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HD 163296: Strahlen eines entstehenden Sterns

Dieses Bild des Sternsystems HD 163296 wurde von Atacama Large Millimeter Array (ALMA) und Very Large Telescope (VLT) der ESO aufgenommen.

Bildcredit: Sichtbares Licht: VLT/MUSE (ESO); Radiowellen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Beschreibung: Wie entstehen diese Strahlströme bei der Sternbildung? Das ist nicht bekannt, doch aktuelle Bilder des jungen Sternsystems HD 163296 sind sehr aufschlussreich. Der Zentralstern auf diesem Bild befindet sich noch in der Entstehung, er ist aber bereits von einer rotierenden Scheibe und einem nach außen strömenden Strahl umgeben.

Die Scheibe wurde in Radiowellen abgebildet, die mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile aufgenommen wurden. Die Lücken darin sind wahrscheinlich durch die Schwerkraft sehr junger Planeten entstanden.

Der Strahlstrom wurde vom Very Large Telescope (VLT, ebenfalls in Chile) in sichtbarem Licht aufgenommen, er verströmt schnell bewegtes Gas – großteils Wasserstoff – vom Zentrum der Scheibe aus. Das System reicht über das Hundertfache der Entfernung Erde-Sonne (AE).

Die Details dieser neuen Beobachtungen werden nun ausgewertet, um die Vermutung zu untermauern, dass die Strahlen zumindest teilweise von Magnetfeldern in der rotierenden Scheibe erzeugt und geformt werden. Künftige Beobachtungen von HD 163296 und ähnlicher Sternbildungssysteme können helfen, die Details zu klären.

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Das galaktische Zentrum mit Sternen, Gas und Magnetismus

Dieses detailreiche Panorama von Chandra und MeerKAT zeigt das galaktische Zentrum mit zahlreichen, komplexen Wechselwirkungen.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/UMass/Q.D. Wang; Radio: NRF/SARAO/MeerKAT

Beschreibung: Was passiert um das Zentrum unserer Galaxis? Um das herauszufinden, wurde kürzlich ein detailreiches Panorama erstellt, das die Regionen knapp über und unter der galaktischen Ebene in Radiowellen und Röntgenlicht erforscht. Das Röntgenlicht wurde mit dem Chandra-Observatorium aufgenommen, es ist orangefarben (heiß), grün (heißer) und violett (am heißesten) abgebildet und wurde über ein hochdetailliertes Bild in Radiowellen in Grau gelegt, das vom MeerKATTeleskop stammt.

Die Wechselwirkungen sind zahlreich und komplex. Galaktische Ungeheuer wie expandierende Supernovaüberreste, heiße Winde von neu entstandenen Sternen, ungewöhnlich starke, kollidierende Magnetfelder und ein zentrales, sehr massereiches Schwarzes Loch kämpfen in einem Raum, der nur 1000 Lichtjahre groß ist. Die dünnen, hellen Streifen stammen anscheinend von verdrehten und neu verknüpften Magnetfeldern in kollidierenden Regionen, die eine Art energiereiches innergalaktisches Weltraumwetter erzeugen, ähnlich wie jenes, das unsere Sonne erzeugt.

Weitere Beobachtungen und Forschungen versprechen, nicht nur mehr Licht auf die Geschichte und Entwicklung unserer Galaxis zu werfen, sondern auch auf die Entwicklung aller Galaxien.

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Mittfinsternis und Milchstraße

Hinter einer Radioteleskopschüssel des kalifornischen Owen's Valley Radio Observatory sinkt der Mond während einer totalen Mondfinsternis zu den zerklüfteten Bergen der Sierra Nevada hinunter.

Bildcredit und Bildrechte: John Kraus

Beschreibung: Gestern glitt der Perigäums-Vollmond im Mai durch den Erdschatten und erfreute Nachthimmelsbeobachter*innen in Regionen um den Pazifik. Auf dieser Zeitrafferserie der totalen Mondfinsternis vom Westen Nordamerikas sank er zu den zerklüfteten Bergen der Sierra Nevada hinunter.

Zur Mitte der Finsternis wurde der Mond tief am westlichen Horizont auf zwei Einzelaufnahmen fotografiert. Die Kombination der Bilder zeigt die rötliche Farbe des verfinsterten Mondes vor dem dunklen Nachthimmel und das diffuse Sternenlichtband der Milchstraße.

Weitere Bilder, die im Abstand von fünf Minuten mit einer fixierten Kamera aufgenommen wurden, zeigen den Ablauf der partiellen Finsternisphase in der Umgebung. Im Vordergrund zeigt eine Radioteleskopschüssel des kalifornischen Owen’s Valley Radio Observatory zum Himmel.

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Das vertikale Magnetfeld von NGC 5775

Die Spiralgalaxie NGC 5775 wurde bei der CHANG-ES-Durchmusterung (Continuum Halos in Nearby Galaxies) beobachtet, zeigt besitzt Ausläufer von Magnetfeldlinien.

Bildcredit: NRAO, NASA, ESA, Hubble; Bearbeitung und Text: Jayanne English (U. Manitoba)

Beschreibung: Wie weit reichen Magnetfelder aus Spiralgalaxien hinaus und nach oben? Jahrzehntelang wussten Astronom*innen nur, dass einige Spiralgalaxien Magnetfelder besitzen. Doch nachdem die NRAORadioteleskope des Very Large Array (VLA) (bekannt aus dem Film Contact) im Jahr 2011 aufgerüstet wurden, entdeckte man wie erwartet, dass diese Felder von der Scheibe aus senkrecht mehrere Tausend Lichtjahre hinaus reichen.

Dieses Bild der von der Seite sichtbaren Spiralgalaxie NGC 5775, die im Rahmen der CHANG-ES-Durchmusterung (Continuum Halos in Nearby Galaxies), zeigt auch Ausläufer von Magnetfeldlinien, wie sie in Spiralgalaxien üblich sein können. Ähnlich wie Eisenfeilspäne um einen Stabmagneten zeichnet die Strahlung von Elektronen galaktische Magnetfeldlinien nach, indem sich die Elektronen fast mit Lichtgeschwindigkeit um diese Linien schrauben.

Die Fasern im Bild wurden aus solchen Spuren in den VLA-Daten konstruiert. Das Bild in sichtbarem Licht wurde aus Daten des Weltraumteleskops Hubble konstruiert. Es zeigt rosarote, gashaltige Regionen, in denen Sterne entstehen. Anscheinend tragen Winde aus diesen Regionen zur Ausbildung der prächtigen ausgedehnten galaktischen Magnetfelder bei.

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Einsturz des Arecibo-Teleskops

Videocredit: Arecibo Observatory, NSF

Beschreibung: Dies hier war ein großartiges wissenschaftliches Instrument. Ab 1963 war das 305 Meter große Arecibo-Teleskop in Puerto Rico in den USA mehr als 50 Jahre lang das größte Radioteleskop der Welt mit einer Einzel-Parabolantenne.

Mit den Daten von Arecibo wurden zahllose Premieren und Etappenziele erreicht: Die Vermessung von Merkurs Rotation, die Erstellung von Karten der Venusoberfläche, die Entdeckung erster Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, der Nachweis von Gravitationswellen oder die Suche nach außerirdischer Intelligenz. Außerdem, so wird berichtet, wurden geheime militärische Radaranlagen durch die Beobachtung ihrer Reflexionen am Mond aufgespürt.

Das Arecibo-Teleskop hatte seine Blütezeit hinter sich und sollte stillgelegt werden. Zu Beginn des Monats erlitt es einen katastrophalen strukturellen Zusammenbruch, wie man auf diesem Videozusammenschnitt sieht.

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Das Very Large Array im Mondschein

Das Very Large Array VLA hat 27 Antennen, jede davon ist 25 Meter groß, sie sind auf Schienen montiert und können über 35 Kilometer verteilt werden.

Bildcredit: Jeff Hellermann, NRAO / AUI / NSF

Beschreibung: Diese riesigen Antennenschüsseln des Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), die hier bei Monduntergang in der Wüste von New Mexico aufragen, sind ein inspirierender Anblick. Die 27 in Betrieb befindlichen Antennen des VLA, jede davon so groß wie ein Haus (Durchmesser: 25 Meter), sind auf Schienen montiert und können in eine Anordnung gebracht werden, die so groß ist wie eine Stadt (35 Kilometer).

Das VLA ist ein produktives Arbeitstier. Mit seiner Hilfe entdeckte man Wasser auf dem Planeten Merkur, helle Radio-Höfe um Sterne, Mikro-Quasare in unserer Galaxis, gravitationsbedingte Einsteinringe um ferne Galaxien und Radio-Gegenstücke zu kosmologisch fernen Gammastrahlenausbrüchen. Seine gewaltige Größe ermöglichte es Astronomen, die Details von Radiogalaxien und sehr schnellen kosmischen Strahlen zu untersuchen und das Zentrum unserer Milchstraße zu vermessen.

40 Jahre sind seit seiner Einweihung vergangen. Seither wurden mehr als 14.000 Beobachtungsprojekte mit dem VLA durchgeführt, und es trug zu mehr als 500 Dissertationen bei. Am 10. Oktober veranstaltet das National Radio Astronomy Observatory ganztägig eine Online-Feier zum 40-Jahr-Jubiläum des VLA mit virtuellen Touren und Präsentationen zu Geschichte, Betrieb, Wissenschaft und Zukunft des Very Large Array.

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Eine Botschaft von der Erde

1974 wurde bei der Einweihung des Arecibo-Observatoriums diese Botschaft zum Kugelsternhaufen M13 gesendet

Bildcredit: Frank Drake (UCSC) et al., Arecibo-Observatorium (Cornell U.); Lizenz: Arne Nordmann (Wikimedia)

Beschreibung: Was versuchen die Erdlinge uns zu sagen? Diese Nachricht wurde 1974 von der Erde zum Kugelsternhaufen M13 gesendet. Das Diagramm zeigt eine Serie aus Einsen und Nullen, die während der Einweihung des Arecibo-Observatoriums gesendet wurde – es ist immer noch eines der größten Einzel-Radioteleskope der Welt.

Dieser Versuch einer extraterrestrischen Kommunikation war eher zeremoniell – die Menschheit sendet nämlich unabsichtlich regelmäßig Radio- und Fernsehsignale in den Weltraum. Selbst wenn diese Nachricht empfangen würde – M13 ist so weit entfernt, dass wir fast 50.000 Jahre auf die Antwort warten müssten.

Diese Nachricht vermittelt ein paar einfache Fakten über die Menschheit und ihr Wissen: Von links nach rechts stehen die Zahlen von eins bis zehn, danach Atome wie Wasserstoff und Kohlenstoff, einige interessante Moleküle, DNA, ein Mensch mit Beschreibung, Grundlagen unseres Sonnensystems und Einzelheiten des sendenden Teleskops.

Derzeit gibt es mehrere Versuche, außerirdische Intelligenz zu finden, unter anderem einen, bei dem Sie Ihren Computer zu Hause verwenden können.

Expertendiskussion: Wie entdeckt die Menschheit erstmals außerirdisches Leben?
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Radio, The Big Ear und das Wow!-Signal

Das Radioteleskop The Big Ear der staatlichen Universität Ohio lauschte als erstes nach außerirdischen Signalen und entdeckte im August 1977 das Wow!-Signal.

Bildcredit und Bildrechte: Rick Scott

Beschreibung: Seit den frühen Tagen von Radio und Fernsehen senden wir großzügig Signale ins All. Seit einiger Zeit lauschen wir auch. Ein großes Radioteleskop der staatlichen Universität Ohio, das liebevoll The Big Ear genannt wurde, war einer der ersten Lauscher.

Das große Ohr“ war etwa so groß wie drei Footballfelder und bestand aus einer gewaltigen metallenen Grundfläche mit zwei zaunartigen Reflektoren – einer davon war fest montiert, der andere schwenkbar. Mithilfe der Erdrotation tastete es den Himmel ab.

Dieses Foto des früheren Studenten und Big-Ear-Volontärs Rick Scott blickt über die Bodenebene zum fest montierten Reflektor, im Vordergrund stehen die Hörner des Radiofrequenzempfängers. Anfang 1965 wurde das Big Ear zu einer ehrgeizigen Vermessung des Radiohimmels eingesetzt. In den 1970er Jahren lauschte es als erstes Teleskop ständig nach Signalen außerirdischer Zivilisationen.

Einen aufregenden Moment lang registrierte das „große Ohr“ im August 1977 ein sehr starkes, unerwartetes Signal, das als das Wow!-Signal bezeichnet wurde. Die Quelle des Signals, das leider nur einmal zu hören war, konnte nicht ermittelt werden. Im Mai 1998 wurden die letzten Teile des Big Ear abgerissen.

Expertendiskussion: Wie entdeckt die Menschheit erstmals außerirdisches Leben?
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Das Galaktische Zentrum von Radio bis Röntgen

Sgr A*, das Zentrum unserer Galaxis mit einem Schwarzen Loch, leuchtet in jeder Art von Licht; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Röntgen: NASA, CXC, UMass, D. Wang et al.; Radio: NRF, SARAO, MeerKAT

Beschreibung: Auf wie viele Arten leuchtet das Zentrum unserer Galaxis? Diese rätselhafte Region, etwa 26.000 Lichtjahre entfernt ist und im Sternbild Schütze (Sagittarius) liegt, leuchtet in jeder Art von Licht, die wir sehen können.

Für dieses Bild wurde mit dem Röntgenobservatorium Chandra der NASA im Erdorbit energiereiche Röntgenstrahlung abgebildet, diese erscheint in Grün und Blau. Die rot gefärbte Abbildung der energiearmen Radiostrahlung stammt von der Teleskopanordnung MeerKAT des SARAO, die auf der Erde stationiert ist. Rechts neben der farbenfrohen Zentralregion liegt Sagittarius A (Sgr A), eine starke Radioquelle, die sich an derselben Stelle befindet wie Sgr A*, das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis.

Heißes Gas, das Sgr A* umgibt, sowie eine Reihe parallel verlaufender Radiofilamente, die als der „Bogen“ bezeichnet werden, sind links neben der Bildmitte zu sehen. Weiters verlaufen im Bild zahlreiche ungewöhnliche einzelne Radiofilamente. Viele Sterne kreisen in und um Sgr A*, außerdem zahlreiche kleine Schwarze Löcher und dichte Sternkerne, die als Neutronensterne und Weiße Zwerge bekannt sind. Das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße wird gegenwärtig vom Event Horizon Telescope abgebildet.

Aktivitäten: NASA-Wissenschaft zu Hause
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