Superscharfes Radio-“Auge” vermisst das Universum neu

M. Reid, Harvard-Smithsonian CfA; R. Hurt, SSC/JPL/Caltech, NRAO/AUI/NSF
M. Reid, Harvard-Smithsonian CfA; R. Hurt, SSC/JPL/Caltech, NRAO/AUI/NSF

Indem sie den superscharfen Radio-“Blick” des weltweit präzisesten Teleskops benutzten, haben Wissenschaftler den direkt gemessenen Maßstab dreimal weiter in das Universum ausgedehnt als jemals zuvor. Das ist eine Leistung mit großen Auswirkungen auf zahlreiche Gebiete der Astrophysik, inklusive der Enthüllung der Natur von Dunkler Energie, die rund 70 Prozent des Universums ausmacht. Das kontinent-umspannende “Very Long Baseline Array” (VLBA) erstellt außerdem die Karte unserer Heimatgalaxie neu und ist bereit, verlockende neue Informationen über extrasolare Planeten und viele andere Spitzenforschungsprojekte zu liefern.

Das VLBA bietet von allen Teleskopen auf der Welt die beste Fähigkeit, feine Details zu erkennen – genannt Auflösungsvermögen. Es kann Bilder anfertigen, die Hunderte Mal detailreicher als die des Hubble-Weltraumteleskops sind. So als würde man in New York sitzen und eine Zeitung in Los Angeles lesen. Diese Leistungsfähigkeit erlaubt es Astronomen, präzise Messungen des Universums vorzunehmen, die weitreichende Auswirkungen auf die wissenschaftliche Arbeit in unserer eigenen Galaxie und weit darüber hinaus haben.

Neue Messungen mit dem VLBA haben die Galaxie NGC 6264 in einer Entfernung von 450 Millionen Lichtjahren angesiedelt, mit einem Unsicherheitsfaktor von nicht mehr als neun Prozent. Das ist die größte, jemals direkt gemessene Entfernung und übertrifft die Messung von 160 Millionen Lichtjahren für eine andere Galaxie im Jahr 2009.

Vorher wurden Entfernungen außerhalb unserer eigenen Galaxie mit indirekten Methoden geschätzt. “Unsere direkten, geometrischen Messungen sind unabhängig von den Annahmen und Komplikationen, die mit anderen Techniken einhergehen”, sagte James Braatz vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), der mit Chen-Yu Kuo von der Universität von Virginia zusammen arbeitet.

Ein Fein-Tuning der Messungen auf noch größere Distanzen ist wichtig, um die Expansionsrate des Universums zu bestimmen, welche den Theoretikern dabei hilft, mögliche Erklärungen für die Natur Dunkler Materie zu finden. Verschiedene Modelle Dunkler Energie sagen unterschiedliche Werte für die Expansionsrate voraus, die als Hubble-Konstante bekannt ist.

“Um das Problem der Dunklen Energie zu lösen, benötigt man eine verbesserte Genauigkeit von kosmischen Entfernungsmessungen und wir arbeiten daran, unsere Beobachtungen zu verfeinern und auf mehr Galaxien auszuweiten”, sagte Braatz. Messungen von weiter entfernten Galaxien sind nötig, weil je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto mehr von ihrer Bewegung von der Expansion des Universums abhängt, anstelle von zufälligen Bewegungen.

Ein anderes Projekt benutzt das VLBA, um die Karte unserer eigenen Heimatgalaxie neu zu erstellen. Kürzliche Arbeiten haben Dutzende neue Messungen von Sternentstehungsregionen in der Milchstraße geliefert. Die direkten VLBA-Messungen verbessern frühere Schätzungen um den Faktor Zwei.

Diese Verbesserung unterstützt signifikant unser Verständnis von der Physik junger Sterne und ihren Umgebungen. Es hat außerdem die Karte unserer Milchstraße verändert, indem die Messungen dafür sprechen, dass sie vier Spiralarme besitzt und nicht zwei, wie vorher angenommen.

“Weil wir uns in unserer Galaxie befinden, ist es schwierig, sie zu kartieren. Diese Präzisionsdistanzmessungen sind unser effektivstes Werkzeug, etwas über die Struktur der Milchstraße zu lernen”, sagte Mark Reid vom Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.

Frühere Arbeiten von Reid und seinen Kollegen zeigten, dass die Milchstraße schneller rotiert als bisherige Schätzungen angedeutet hatten. Diese Messungen bedeuteten wiederum, dass unsere Galaxie massereicher ist und diesbezüglich ungefähr mit unserer Nachbargalaxie, der Andromeda-Galaxie, gleichzieht.

Reids Team untersucht auch die Andromeda-Galaxie in einem Langzeitprojekt, um die Richtung und die Geschwindigkeit ihrer Bewegung durch das all zu bestimmen. “Die Standardvorhersage ist, dass die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie in wenigen Milliarden Jahren kollidieren werden. Indem wir Andromedas aktuelle Bewegung mit deutlich höherer Genauigkeit messen, können wir besser sagen, ob und wann das passieren wird”, sagte Reid.

Eine langfristige, empfindliche Beobachtung von 30 Sternen sucht nach dem geringen Gravitationszug, der Planeten enthüllt, welche diese Sterne umkreisen. Die Präzision des VLBA kann eine Anomalie in der Bewegung des Sterns entdecken, die durch die Gravitation des Planeten ausgelöst wird. Ein Vier-Jahres-Programm, das 2007 gestartet wurde, nähert sich seiner Fertigstellung.

“Diese Studie betrifft Sterne, die kleiner als unsere Sonne sind und sucht nach Beweisen für Planeten von der Größe Jupiters oder kleiner”, sagte Geoffrey Bower von der Universität von Kalifornien in Berkeley. “Wir wollen herausfinden, wie oft es vorkommt, dass solche kleinen massearmen Sterne Planeten besitzen, die sie in relativ großen Distanzen umreisen”, fügte er hinzu.

Das Projekt nutzt das VLBA zusammen mit dem Green Bank Telescope des National Radio Astronomy Observatory in West Virginia, der größten vollbeweglichen Antennenschüssel der Welt. Gemeinsam können diese Teleskope die schwachen Radioemissionen von Sternen empfangen, um ihre Bewegungen über die Zeit zu verfolgen. Frühere Ergebnisse haben für drei der Sterne jeden Begleiter von der Größe eines Braunen Zwergs ausgeschlossen und die Astronomen setzen ihre Analysen fort, während die Beobachtung weitergeht.

Das VLBA, 1993 in Betrieb genommen, benutzt zehn jeweils 25 Meter durchmessende Antennenschüsseln von Hawaii bis St. Croix in der Karibik. Es wird vom Domenici Science Operations Center des NRAO in Socorro aus gesteuert. Alle zehn Antennen arbeiten als ein einziges Teleskop zusammen, welches über das höchste für astronomische Forschungen zur Verfügung stehende Auflösungsvermögen verfügt. Diese einzigartige Fähigkeit hat wegweisende Beiträge in vielen Wissenschaftsbereichen hervorgebracht, von irdischer Tektonik über Klimaforschung und Navigation von Raumfahrzeugen bis hin zur Kosmologie.

Updates der Elektronik und Rechenleistung haben die Fähigkeiten des VLBA weiter verbessert. Mit den aktuellen Verbesserungen nähert es sich seiner Fertigstellung und wird dann 5.000 Mal leistungsfähiger sein als das Original-VLBA von 1993.

“Das VLBA hat unerreichte Fähigkeiten, um beispiellose Beiträge zu vielen fundamentalen Wissenschaftsgebieten zu liefern. Es hat eine nachgewiesene Erfolgsbilanz bei der Unterstützung fachgebietsübergreifender Forschung und seine neuen technischen Verbesserungen versprechen eine reiche Ernte von Entdeckungen in den kommenden Jahren”, sagte NRAO-Direktor Fred K.Y. Lo.

Die Astronomen berichteten über die neuen Messungen und laufenden Projekte im Rahmen des Meetings von der American Association for the Advancement of Science in Washington D.C.

Quelle: http://www.nrao.edu/pr/2011/vlbameasures/

(THK)

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