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Infrarot-Astronomie: Erste Ergebnisse der Planck-Mission liegen vor

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Planck | Rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt beobachtet der Planck-Satellit die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung mit bisher unerreichter Präzision. Die mit seiner Hilfe erstellte Himmelskarte wollen Wissenschaftler dann mit ihren Modelluniversen abgleichen und so mehr über die Frühzeit des Universums, aber auch über dessen Struktur und Zusammensetzung erfahren – etwa welchen Anteil gewöhnliche und Dunkle Materie ausmachen.

Aber auch näher liegenden Mikrowellenquellen, wie sie in der Milchstraße und anderen Galaxien zu finden sind, wird sich Planck widmen: beispielsweise interstellarem Staub, der Nachbarschaft Schwarzer Löcher oder Sternentstehungsgebieten. Im Mai 2009 war Planck zusammen mit dem Weltraumteleskop Herschel ins All befördert worden.
Der im Mai 2009 gestartete europäische Forschungssatellit Planck vollendete im Juni 2010 seine erste vollständige Himmelsdurchmusterung in neun verschiedenen infraroten Wellenlängen. Nun liegen die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse aus den Messungen von Planck vor. Die Hauptaufgabe des Satelliten ist es, die geringen Temperaturfluktuationen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds mit hoher Präzision zu erfassen. Dabei übertrifft Planck die räumliche und die Temperaturauflösung der US-Vorgängermission COBE deutlich.

Der Messbereich von Planck erstreckt sich von hochfrequenten Radiowellen bei 30 Gigahertz bis in zum fernen Infraroten bei 857 Gigahertz, dies entspricht Wellenlängen von einem Zentimeter bis herab zu 0,4 Millimetern. Dieser breite Messbereich ist nötig, da Planck bei seiner Durchmusterung des Himmels nicht nur die Strahlung aus der Urzeit des Universums rund 400 000 Jahre nach dem Urknall empfängt, sondern auch die Störstrahlung von fernen Galaxien und näheren Objekten in unserem Milchstraßensystem. Diese Strahlung der näheren Objekte besitzt jedoch einen anderen spektralen Verlauf, so dass sie sich vom Signal des kosmischen Hintergrunds trennen lässt.

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Der Himmel im Mikrowellenlicht | Hier wurde der gesamte Himmel vom ESA-Satelliten Planck im Mikrowellenbereich aufgenommen und auf die Ebene unseres Milchstraßensystems projiziert. Deutlich sichtbar ist die Strahlung des Staubs unserer Galaxis als breites horizontales Band. Oberhalb und unterhalb schimmern die Temperaturstrukturen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds durch. Durch die genaue Erfassung der Strahlung der Vordergrundobjekte lässt sich der gesamte kosmische Hintergrund freilegen, die Arbeiten daran sind aber noch im Gange.
Somit können die Forscher die Störstrahlung "wegrechnen" und den kosmischen Hintergrund freistellen. Aber diese Störkomponente bietet für Kosmologen hochinteressante Informationen, über deren Auswertung auf einer Konferenz über die Planck-Ergebnisse am 11. Januar 2011 in Paris berichtet wurde. Der größte Teil des Vordergrundlichts wird in unserem Milchstraßensystem frei, hier strahlen kühle Gas- und Staubwolken. Zudem senden Elektronen, die sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit im galaktischen Magnetfeld bewegen, Radiowellen aus.

Die Verteilung der von Planck erfassten kompakten StrahlungsquellenLaden...
Die Verteilung der von Planck erfassten kompakten Strahlungsquellen | Rund 15 000 Objekte sind im Himmelskatalog der kompakten Strahlungsquellen des Satelliten Planck aufgeführt. Hier sind ihre Positionen am Himmel als rote Punkte der Karte der Mikrowellenstrahlung von Planck überlagert.
Eines der wichtigsten frühen Ergebnisse der Planck-Mission ist ein Himmelskatalog, der Early Release Compact Source Catalogue, der rund 15 000 kompakte Himmelsobjekte auflistet. Dieser Katalog wird es anderen Forschern erlauben, detaillierte Nachfolgebeobachtungen, zum Beispiel mit dem Weltraumteleskop Herschel zu planen, das in den gleichen Wellenlängenbereichen beobachtet.

Weitere Resultate waren die Bestätigung einer anomalen Mikrowellenstrahlung, die von Staub in unserer Galaxis ausgesandt wird. Sie dürfte wahrscheinlich auf die rasche Rotation elektrisch geladener Staubpartikel zurückgehen. Ein weiteres interessantes Ergebnis ist der Nachweis einer dunklen Gaskomponente in unserem Milchstraßensystem, die nur im Mikrowellenbereich leuchtet.

Des weiteren konnten mit Planck 189 Galaxienhaufen vermessen werden, wobei 30 neue Haufen entdeckt wurden. Auch gelang im fernen Infraroten die exakte Messung des Energieflusses aller sternbildenden Galaxien im Universum. Hier können die Forscher in die Jugend des Universums zurückblicken, als es gerade ein Siebtel seinens heutigen Alters erreicht hatte. Somit lässt sich die Bildung und Entwicklung von Galaxien genauer beobachten und mit den bisherigen Theorien der Galaxienentwicklung vergleichen.

Die im Januar 2011 vorgestellten Ergebnisse betreffen im Wesentlichen die astrophysikalischen "Nebenprodukte" der Mission Planck. Erste Veröffentlichungen zum Primärziel der Mission, dem kosmischen Hintergrund, werden wohl erst Anfang 2013 vorliegen, wenn der Satellit seine Beobachtungstätigkeit eingestellt haben wird.

Ende 2012 dürfte dem Satelliten nämlich das Kühlmittel ausgehen, mit dem die hochempfindlichen Messinstrumente auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) abgekühlt werden. Bis jetzt hat Planck den Himmel bereits drei Mal vollständig erfasst und soll noch weitere Scans durchführen. Durch Überlagerung mit den bisherigen Messdaten lassen sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Messungen weiter steigern und noch präzisere Himmelskarten erstellen.

Tilmann Althaus

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  • Quellen
Presseinformation des Max-Planck-Instituts für Astrophysik Garching vom 11. Januar 2011

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