Ein neuer astronomischer Survey ist ein Portrait von gigantischen Ausmaßen. Er zeigt die unvorstellbare Anzahl von Sternen, die zwischen den feinen Staubbändern in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, funkeln. Das Zentrum unserer Galaxie, die zentrale Ausbuchtung (“Bulge”) aus hellen blauen Sternen, die auch das supermassive Schwarze Loch Sagittarius A* enthält, liegt auf diesem Panorama auf der linken Seite. (Anm. d. Red.: Das Panorama ist als kleine Version unten eingebunden; volle Auflösung siehe Links im Text).
Dieses galaktische Panorama wurde vom Dark Energy Camera (CECam) Instrument am Victor M. Blanco 4-Meter-Teleskop des Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) aufgenommen, einem Programm des NOIRLab der National Science Foundation (NSF). Das CTIO ist ein Zusammenschluss von internationalen astronomischen Teleskopen auf dem Gipfel des Cerro Tololo in Chile in einer Höhe von 2.200 Metern. Der hoch gelegene Beobachtungsstandort des CTIO bietet Astronomen einen beispiellosen Ausblick auf den Himmel der südlichen Hemisphäre, was dem DECam-Instrument erlaubte, die südliche galaktische Ebene derart detailreich aufzunehmen.
Die zur Erstellung dieses Surveys verwendeten Daten stammen aus der zweiten Veröffentlichung des Dark Energy Camera Plane Survey (DECaPS2), einem Durchmusterungsprojekt der Milchstraße, wie sie am südlichen Himmel in optischen und nahinfraroten Wellenlängen beobachtet wird. Die neuen Daten wurden am 18. Januar 2023 im Journal The Astrophysical Journal Supplement veröffentlicht.
“Einer der Hauptgründe für den Erfolg von DECaPS2 liegt darin, dass wir einfach eine Region mit einer außergewöhnlich hohen Sterndichte anvisierten und dass wir sorgfältig bei der Identifizierung von Quellen waren, die übereinanderzuliegen scheinen”, sagte Andrew Saydjari, ein Doktorand an der Harvard University und Forscher am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), der Hauptautor der Studie. “Das erlaubte uns den umfangreichsten Katalog zu erstellen, der jemals mit einer einzigen Kamera angefertigt wurde, was die Anzahl der beobachteten Objekte betrifft.”
Die erste Datenveröffentlichung von DECaPS war im Jahr 2017. Mit neuen Daten deckt der Survey nun 6,5 Prozent des Nachthimmels ab und umfasst unglaubliche 130 Grad in der Länge. Obwohl das nicht nach viel klingen mag, entspricht es dem 13.000-fachen der Fläche des kreisförmigen Vollmonds am Himmel.
“Kombiniert mit Bildern von Pan-STARRS 1 vervollständigt DECaPS2 ein 360-Grad-Panorama der Scheibe der Milchstraßen-Galaxie und registriert auch viel schwächere Sterne”, sagte Edward Schlafly vom Space Telescope Science Institute, ein Co-Autor der Studie, die DECaPS2 in The Astrophysical Journal Supplement beschreibt. “Mit diesem neuen Survey können wir die dreidimensionale Struktur der Sterne und des Staubs in der Milchstraße in beispiellosen Details kartieren.”
Die Sammlung der Daten, um einen so großen Teil des Nachthimmels abzudecken, war eine Herkulesaufgabe. Der DECaPS2-Survey identifizierte 3,32 Milliarden Objekte aus mehr als 21.400 Einzelbelichtungen. Seine zweijährige Laufzeit umfasste rund 260 Beobachtungsstunden und produzierte über zehn Terabyte Daten.
Ein Großteil der Sterne und des Staubs in der Milchstraße befinden sich in ihrer Spiralscheibe, dem hellen Band, das dieses Bild durchzieht. Während diese Fülle an Sternen und Staub schöne Bilder ergibt, machen sie die Beobachtung der galaktischen Ebene andererseits auch anspruchsvoll. Die dunklen Filamente aus Staub, die sich durch dieses Bild ziehen, absorbieren Sternlicht und blockieren schwächere Sterne komplett. Das Licht von diffusen Nebeln interagiert mit jedem Versuch, die Helligkeit der einzelnen Objekte zu messen. Eine andere Herausforderung ergibt sich aus der schieren Anzahl der Sterne, die sich auf dem Bild überlagern können, so dass es schwer ist, einzelne Sterne von ihren Nachbarn zu unterscheiden.
Trotz der Herausforderungen tauchten Astronomen in die galaktische Ebene ein, um ein tieferes Verständnis unserer Milchstraße zu bekommen. Durch die Beobachtung in nahinfraroten Wellenlängen konnten sie einen Großteil des lichtabsorbierenden Staubs durchdringen. Die Forscher verwendeten auch einen innovativen Datenverarbeitungsansatz, der ihnen ermöglichte, den Hintergrund hinter jedem Stern besser vorherzusagen. Das trug dazu bei, die Effekte von Nebeln und dichten Sternfeldern auf derart großen astronomischen Bildern zu verringern. Dadurch wurde gewährleistet, dass der finale Katalog mit den verarbeiteten Daten präziser ist.
“Seit meiner Arbeit am Sloan Digital Sky Survey vor zwei Jahrzehnten habe ich nach einer Möglichkeit gesucht, bessere Messungen mit komplexen Hintergründen zu machen”, sagte Douglas Finkbeiner, ein Professor am CfA und Co-Autor der Studie sowie der leitende Wissenschaftler hinter dem Projekt. “Diese Arbeit hat das erreicht und noch mehr.”
“Das ist schon eine technische Meisterleistung. Man stelle sich ein Gruppenfoto mit mehr als drei Milliarden Menschen vor und jedes Individuum ist erkennbar”, sagte Debra Fischer, die Abteilungsdirektorin für astronomische Forschung an der NSF. “Astronomen werden in dieses detaillierte Portrait von mehr als drei Milliarden Sternen in der Milchstraße noch in den nächsten Jahrzehnten vertieft sein. Das ist ein fantastisches Beispiel dafür, was Partnerschaften zwischen staatlichen Agenturen erreichen können.”
Interaktiven Zugang zum Bild mit Zoomfunktion in einem Webbrowser gibt es unter LegacySurveyViewer, World Wide Telescope und Aladin. Der DECaPS2-Datensatz ist für die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft verfügbar und wird vom Astro Data Lab des NOIRLab angeboten, das zum Community Science and Data Center gehört. DECam wurde ursprünglich gebaut, um den Dark Energy Survey zu erstellen, der zwischen 2013 und 2019 vom Department of Energy und the U.S. National Science Foundation durchgeführt wurde.
Das DECaPS2-Team besteht aus A. K. Saydjari (Harvard University und Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), E. F. Schlafly (Space Telescope Science Institute), D. Lang (Perimeter Institute for Theoretical Physics und University of Waterloo), A. M. Meisner (NSF’s NOIRLab), G. M. Green (Max Planck Institute for Astronomy), C. Zucker (Space Telescope Science Institute und Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), I. Zelko (Canadian Institute of Theoretical Astrophysics – University of Toronto), J. S. Speagle (University of Toronto), T. Daylan (Princeton University), A. Lee (Bill & Melinda Gates Foundation), F. Valdes (NSF’s NOIRLab), D. Schlegel (Lawrence Berkeley National Laboratory) und D. P. Finkbeiner (Harvard University und Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian).
(THK)
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