SOFIA, das Stratosphären-Observatorium für Infrarotastronomie, hat die erste Serie von Wissenschaftsflügen mit dem „German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“ (GREAT) abgeschlossen. Die Ergebnisse werden jetzt in einer speziellen Ausgabe der europäischen Astronomie-Zeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ (Band 542) veröffentlicht. Die Vielseitigkeit dieses neuen Forschungsinstruments zeigt sich in Berichten über die Erstentdeckung von zwei neu im Weltraum gefundenen Molekülen und Untersuchungen zu unterschiedlichen Phasen der Sternentstehung. SOFIA ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-Raumfahrtbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Die erste Serie wissenschaftlicher Beobachtungsflüge mit dem GREAT-Instrument an Bord von SOFIA wurde im November 2011 erfolgreich beendet. Knapp ein halbes Jahr später werden nun die Ergebnisse in der renommierten europäischen Wissenschaftszeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht. Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern berichtet in 22 Einzelbeiträgen über die einzigartigen wissenschaftlichen Ergebnisse sowie über die dem Experiment zugrunde liegenden Technologien. GREAT wurde von einem Konsortium deutscher Forschungsinstitute unter Leitung von Rolf Güsten (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, MPIfR) entwickelt.
Fliegende Sternwarte in umgebauter Boeing
SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des DLR, betreibt ein Teleskop von 2,70 Metern Durchmesser in einer umgebauten Boeing 747SP. SOFIA fliegt in Höhen bis zu 13.700 Metern und ermöglicht damit den Zugang zu astronomischen Signalen bei ferninfraroten Wellenlängen, die vom Wasserdampf der tieferen Erdatmosphäre absorbiert werden. SOFIA, das derzeit weltweit einzige in Betrieb befindliche Flugzeug-Observatorium, öffnet so den Himmel für hochauflösende Spektroskopie mit dem GREAT-Empfänger für den ferninfraroten Spektralbereich.
„Die vielfältigen wissenschaftlichen Ergebnisse, die bereits aus der allerersten Beobachtungskampagne zwischen April und November 2011 mit SOFIA und dem GREAT-Empfänger gewonnen wurden, demonstrieren das gewaltige wissenschaftliche Potenzial, das in diesem Flugzeug-Observatorium steckt und versprechen für die kommenden Jahre aufregende astronomische Beobachtungen“, sagt Alois Himmes, SOFIA-Projektleiter des DLR.
GREAT bringt neue wissenschaftliche Erkenntnisse zur Sternnenentstehung
Viele der aktuellen GREAT-Veröffentlichungen erforschen den Sternentstehungsprozess in seinen allerfrühesten Phasen, in denen der embryonale Stern noch in starker Wechselwirkung mit den umgebenden Molekülwolken steht. Er zerstört seine Geburtswolke, heizt das umgebende Material auf und ionisiert es. Die hohe spektrale Auflösung von GREAT ermöglicht es, durch die Untersuchung der Emission des ionisierten Kohlenstoffs in einer Reihe von Sternentstehungsgebieten das Geschwindigkeitsfeld des Gases in der umgebenden Molekülwolke zu analysieren. In den Hüllen von drei Protosternen gelang GREAT der direkte Nachweis des Kollapses der protostellaren Hüllen, was unmittelbar Rückschlüsse auf die dynamischen Prozesse bei der Entstehung eines Sterns erlaubt.
Neuland in der Astronomischen Forschung
Zwei Moleküle wurden erstmalig im Weltraum nachgewiesen: OD, eine isotopische Variante von Hydroxyl (OH), bei der das Wasserstoffatom durch sein schwereres Isotop Deuterium ersetzt wurde, sowie das Sulfanyl-Radikal SH, bestehend aus einem Schwefel- und einem Wasserstoffatom. Eine technologische Meisterleistung stellen erste spektroskopische Beobachtungen bei 2,5 Terahertz (0,120 Millimeter Wellenlänge) dar; damit wird neues astrophysikalisches Territorium erkundet. Weiterhin wurde die Hülle eines Sterns in der Spätphase seiner Entwicklung untersucht, die durch den heißen Stern im Inneren aufgeheizt und ionisiert wird, sowie die heftige (Schock-)Wechselwirkung eines Supernova-Überrests mit dem umgebenden interstellaren Medium. Die physikalische Natur der zirkum-nuklearen Gasscheibe im Zentrum der Milchstraße wurde erforscht, die das massereiche Schwarze Loch mit Materie anfüttert, sowie die Sternentstehung im Zentralbereich der nahen Galaxie IC342.
Von Anfang an „Fantastische Ergebnisse“
„Die hohe Auflösung des GREAT-Spektrometers ist speziell dafür ausgelegt, die Physik und Chemie des interstellaren Gases und den Lebenszyklus der Sterne zu erforschen, von ihrer frühen embryonalen Phase noch innerhalb der Geburtswolke bis zum Tod des entwickelten Sterns, bei dem die Hülle wieder zurück in den umgebenden Weltraum geschleudert wird“, sagt GREAT-Hauptwissenschaftler Dr. Rolf Güsten. „Diese fantastischen Ergebnisse bereits aus den ersten Wissenschaftsflügen sind der Lohn für unsere langjährige Entwicklungsarbeit und unterstreichen das wissenschaftliche Potenzial der Ferninfrarot-Spektroskopie mit Flugzeug-Observatorien.“
Veröffentlichungen auf der Grundlage von ersten Wissenschaftsflügen mit der amerikanischen IR-Kamera FORCAST an Bord von SOFIA wurden kürzlich in der amerikanischen Wissenschaftszeitschrift „Astrophysical Journal“ (Band 749) publiziert.
