Unglaublich scharfer Blick ins Weltall

Virtuelles Radioteleskop von mehreren tausend Kilometern Durchmesser stellt neuen Weltrekord auf

Es klingt schon ein wenig nach Science Fiction im besten Sinne. Ein internationales Forscherteam hat jetzt eine virtuelle, auf dem Prinzip der Interferometrie basierende aus mehreren Teleskopen bestehende Riesenschüssel kombiniert, die einen (virtuellen) Durchmesser von mehreren tausend Kilometern hat. Das Auflösungsvermögen des Interferometersystems ist so enorm, dass es zwei direkt nebeneinander liegende Tischtennisbälle auf dem Mond deutlich voneinander zu trennen vermag. Nach Aussage eines Astronomen ließen sich mit dem Gerät künftig sogar Verzerrungen der Raumzeit bei Schwarzen Löchern direkt beobachten.

NASA-Röntgen-Teleskop "Chandra" in Aktion - Bild von der "elliptical galaxy NGC 4697"

Tagein, tagaus starren die Antennen der weltweit verstreuten Radioteleskope mit scheinbar stoischer Ruhe in den Himmel. In Wirklichkeit aber prasselt auf deren Schüsseln ein pausenloses Funkfeuer variantenreicher Töne nieder. Wer einmal das nervende stakkatoähnliche Pulsieren eines Neutronensterns oder das Zischen der Gas- und Nebelwolken im Originalton gehört hat, weiß, dass im kosmischen Ozean ein rauer "Wind" weht und im Äther stürmische Wogen den Ton angeben.

Um aus diesem wilden "Wellenmeer" die gewünschte Information herauszufischen, brauchen die Radioastronomen nicht nur Geduld, sondern vor allem hochwertige Soft- und Hardware - vor allem aber mindestens eine sensible oder gar eine ganze Armada von empfindlichen Antennen, so wie dies jüngst ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Dr. Anton Zensus vom Max Planck Institut für Radioastronomie in Bonn (MPIfR) umgesetzt hat.

VLBI kann nebeneinander liegende Tischtennisbälle auf dem Mond unterscheiden

Basierend auf dem Interferometer-Prinzip kombinierten die Forscher unlängst weit voneinander entfernt liegende Radioteleskope auf beiden Seiten des Atlantiks zu einem riesigen virtuellen Radioteleskop von mehreren Tausend Kilometern Durchmesser miteinander. Mithilfe dieser fiktiven Antenne stellte das Team im Rahmen des Projektes "Very Long Baseline Interferometry" (VLBI) in punkto Lichtauflösung nunmehr einen neuen Weltrekord auf: Die Winkelauflösung, die sie während der Messungen registrierte, betrug sage und schreibe 18 Millionstel Bogensekunden (0,000018").

18 Mikrobogensekunden - dies entspräche in räumlicher Auflösung den 100millionsten Teil vom scheinbaren Durchmesser des Mondes am Himmel. "Das ist so, als ob man zwei direkt nebeneinander liegende Tischtennisbälle auf dem Mond deutlich getrennt sehen könnte" sagt Dr. Arno Witzel, Forschungsgruppenleiter am MPIfR in Bonn. Mit einer solchen Trennschärfe könnten theoretisch sogar Radiosignale von zwei auf dem Mond direkt nebeneinander liegenden Handys voneinander unterschieden werden.

Wie das MPIfR in Bonn vor kurzen bekannt gab, befindet sich die Beobachtungstechnik bei kürzeren Millimeter-Wellenlängen noch in der Entwicklung, gleichwohl habe man mit der Erweiterung des Messbereichs hin zu 2 Millimeter eine nochmalige deutliche Steigerung der "Abbildungs-Schärfe" von VLBI erreicht.

Exkurs: Vorteile des VLBI(s)

Prinzipiell ist bei einer astronomischen Beobachtung die räumliche Auflösung oder Trennschärfe nicht nur abhängig von dem Teleskop-Durchmesser, sondern ebenso von der Wellenlänge der beobachteten Strahlung. Dies führt mitunter dazu, dass sogar das 100-Meter-Radioteleskop in Effelsberg, das nach wie vor das größte schwenkbare Radioteleskop Europas stellt, bei einer Wellenlänge von 3 Zentimeter als Einzelteleskop nur eine ähnlich gute Auflösung bietet wie das menschliche Auge für sichtbares Licht. Um im Bereich der Radiostrahlung bei der Winkelauflösung mit großen optischen Teleskopen konkurrieren zu können, schalten die Forscher daher Radioteleskopen zu einer virtuellen Riesenschüsseln zusammen.

Die Technik der miteinander computergekoppelten Radioteleskope, der sogenannten Interferometer, ist mittlerweile Standard; Beobachtungen mit einem globalen Netzwerk von Radioteleskopen sind seit Jahren auch im Zentimeter-Wellenlängenbereich Routine. Insbesondere VLBI-Beobachtungen im Millimeter-Bereich mit irdischen Teleskopen liefern die schärfsten astronomischen Bilder, wesentlich schärfere Bilder als Weltraum-VLBI oder Interferometrie mit optischen Teleskopen. Zum einem erhöht sich bei diesen kurzen Wellenlängen die Winkelauflösung erheblich, zum anderen sind bei kurzen Millimeter-Wellenlängen besonders tiefe Blicke in die Kernbereiche von Quasaren und anderen Aktiven Galaxienkernen möglich, da sie für kurzwellige Strahlung durchlässiger sind als für langwellige Zentimeter- und Dezimeter-Strahlung. In nahen Galaxien erreicht eine solch virtuelle Schüssel sogar eine räumliche Auflösung von nur wenigen Lichttagen

Maßgeblich zu dem neuen Weltrekord beigetragen hat die transatlantische Zusammenschaltung zwischen dem 30-Meter-Radioteleskop auf dem Pico Veleta in Südspanien, dem 10-Meter-Heinrich-Hertz-Teleskop auf dem Mount Graham in Arizona (das gemeinsam vom MPIfR und der University of Arizona betrieben wird), dem 14-Meter-Teleskop bei Metsähovi/Finnland, das 15-Meter-SEST-Teleskop auf dem Cerro La Silla/Chile und dem 12-Meter-Radioteleskop auf dem Kitt Peak in Arizona.

Verzerrung der Raumzeit bei Schwarzen Löchern direkt beobachten

Die Optionen und Chancen, die das neue Messverfahren mit sich bringt, sind vielfältig und eröffnen Astronomen neue Tore ins All. Immerhin besteht für diese fortan die Möglichkeit, die innersten Strukturen in weit entfernten Quasaren und Aktiven Radiogalaxien detailliert zu studieren. So wird es auf diese Weise machbar sein, in nahen Galaxien eine räumliche Auflösung von nur wenigen Lichttagen zu erhalten. Damit lassen sich die noch immer weit gehend unverstandenen Prozesse der Energieerzeugung in den Zentren solcher "kosmischer Energie-Giganten" entschlüsseln.

Mithilfe der VLBI-Observatorien, wozu auch das 100-Meter-Radioteleskop in Effelsberg gehört, lässt sich unter anderem auch die Kartierung von hochrelativistischen Plasma-Jets in Galaxienkernen mit bis zu 50 Millionstel Bogensekunden Auflösung durchführen. Und in den 25.000 Lichtjahren Entfernung zum Zentrum unserer Milchstraße käme man mit derartiger Winkelauflösung bis an die Innenkante des galaktischen Wirbels, der das zentrale Schwarzen Loch umgibt (die Akkretionsscheibe). Das entspricht einer räumlichen Auflösung von nur noch 20 Sonnendurchmessern in dieser Entfernung. Denkbar ist auch, dass das Millimeter-VLBI bei 2 Millimeter oder bei einer noch kürzeren Wellenlänge die zirka 25.000 Lichtjahre entfernte Zentralquelle unserer Milchstraße (Vgl.Das Monster wohnt in der Mitte der Milchstrasse), wo ein Schwarzes Loch von ungefähr drei Millionen Sonnenmassen vermutet wird, aufspürt. Sollte dies der Fall sein, rückt die direkte Abbildung von Strukturen, die sich ganz nahe am Ereignishorizont von Schwarzen Löchern befinden, in den Bereich des Möglichen. "Damit könnten wir relativistische Effekte wie die Verzerrung der Raumzeit in der Nähe von supermassiven Schwarzen Löchern vielleicht schon in den nächsten 10 bis 20 Jahren direkt beobachten", vermutet Thomas Krichbaum vom MPIfR.

Ein Flug ins Zentrum unserer Milchstraße. Wer fliegt mit?

http://www.heise.de/tp/artikel/12/12940/1.html