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Radioastronomie: Radioteleskop Effelsberg arbeitet mit Weltraumteleskop RadioAstron zusammen

Einer Gruppe von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und dem Astro Space Center (ASC) in Moskau/Russland nahmen zum ersten Mal interferometrische Signale oder "fringes" zwischen dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg und dem Satelliten-Radioteleskop Spektr-R des RadioAstron-Projekts auf.
BL Lacertae im Blick von Effelsberg und RadioAstronLaden...

Damit ist ein Durchbruch gelungen, der es den beteiligten Forschern erlaubt, Beobachtungen bei der höchsten überhaupt möglichen Winkelauflösung in der Astronomie durchzuführen, durch gleichzeitige Beobachtungen mit zwei Radioteleskopen in einem Abstand von mehr als 300 000 Kilometern. Die beiden Teleskope waren bei dieser Messung auf BL Lacertae gerichtet, den Kern einer aktiven Galaxie in rund 900 Millionen Lichtjahren Entfernung.

BL Lacertae im Blick von Effelsberg und RadioAstronLaden...
BL Lacertae im Blick von Effelsberg und RadioAstron | Der Zentralbereich der aktiven Galaxie BL Lac erscheint hier als scharf begrenzter Fleck. Das Bild entstand durch die interferometrische Zusammenschaltung von Signalen des Weltraumradioteleskops RadioAstron und des 100-Meter-Radioteleskops Effelsberg.
RadioAstron ist ein internationales Projekt zur Durchführung von VLBI ("Very Long Baseline-Interferometrie") im Weltraum. Es wird vom russischen "Astro Space Center" (ASC) in Moskau geleitet; die Beobachtungen erfolgen über ein Zehn-Meter-Satelliten-Radioteleskop an Bord des russischen Satelliten Spektr-R. Der Satellit wurde im Juli 2011 gestartet und umkreist die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn mit einem maximalen Abstand von 350 000 Kilometern. Das Projekt kombiniert die Satellitendaten mit Beobachtungen von erdgebundenen Radioteleskopen und erreicht damit extrem hohe Winkelauflösungen – sie entsprechen tatsächlich denjenigen eines Einzelteleskops von der Größe des Abstands zwischen Erde und Mond! RadioAstron wird es ermöglichen, eine Reihe von aufregenden wissenschaftlichen Projekten anzugehen. Dazu gehören die Teilchenbeschleunigung in der Umgebung von extrem massereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von aktiven Galaxien, aber auch Neutronensterne und Pulsare, Dunkle Materie und Dunkle Energie.

Die interferometrische Beobachtungstechnik in der Radioastronomie, die im RadioAstron-Projekt zum Tragen kommt, basiert auf jeweils zwei Radioteleskopen, die gleichzeitig die Radiosignale einer bestimmten Quelle am Himmel aufzeichnen. Die Signale werden dann in einem Prozess, den man "Korrelation" nennt, elektronisch miteinander verglichen. Der Vorgang entspricht dem Doppelspaltexperiment im Physikpraktikum, wobei eine Reihe von sinusförmigen Helligkeitsänderungen als Funktion der Richtung auftreten. Diese Signale werden in der Radioastronomie als "fringes" bezeichnet. Je größer der Abstand zwischen den beiden Teleskopen ist, desto genauer lässt sich die Position der Quelle am Himmel aus den Messungen ableiten.

Das Weltraumteleskop RadioAstronLaden...
Das Weltraumteleskop RadioAstron | Der Satellit Spektr-R besteht zum größten Teil aus dem Zehn-Meter-Radioteleskop des RadioAstron-Projekts.
Da durch die Trägerrakete Größe und Gewicht eines Satelliten eingeschränkt sind, musste der Durchmesser des Teleskopspiegels im RadioAstron-Projekt auf zehn Meter begrenzt werden. Das Teleskop ist durch die vergleichweise geringe Größe nicht sehr empfindlich für die Aufnahme von sehr schwachen Radiosignalen. Dadurch wird die Zusammenarbeit mit dem MPIfR in Bonn extrem wichtig. Das Bonner Institut betreibt das 100-Meter-Radioteleskop bei Bad Münstereifel-Effelsberg, das als sehr großes und empfindliches Radioteleskop ein begehrter Partner für diese Art von Interferometrie-Experimenten ist.

Erste interferometrische Signale oder "fringes" im Rahmen des RadioAstron-Projekts konnten bereits Ende 2011 aufgezeichnet werden, aus Beobachtungen ebenfalls zusammen mit dem 100-Meter-Radioteleskop, die am Korrelator des "Astro Space Center" in Moskau ausgewertet wurden. Die hier beschriebenen Beobachtungen sind auf BL Lac gerichtet, den Kern einer aktiven Galaxie im Sternbild Eidechse (lateinisch: Lacerta). Mit starker Variabilität und deutlicher Polarisation in optischen Wellenlängen stellt BL Lac den Prototyp für eine ganze Klasse von Galaxien mit aktiven Galaxienkernen ("Active Galactic Nuclei", AGN) dar.

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Das 100-Meter-Radioteleskop bei Bad Münstereifel-Effelsberg | Seit mehr als 40 Jahren dient das 100-Meter-Radioteleskop des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn der astronomischen Forschung. Kürzlich wurde es mit dem russischen Satelliten RadioAstron zu einem Interferometer zusammengeschaltet.
Im beigestellten Bild ist einer der ersten Nachweise von BL Lac in interferometrischen Beobachtungen mit dem 100-Meter-Radioteleskop und dem Satellitenteleskop von RadioAstron zu sehen, die mit dem neuen Korrelatorsystem am MPIfR in Bonn ausgewertet wurden. Die unterschiedlichen Farben zeigen die Intensität des gemessenen interferometrischen Signals.

Normalerweise sind VLBI-Beobachtungen auf erdgebundene Radioteleskope beschränkt. Die Auswertesoftware DiFX musste nun so umgeschrieben werden, dass das Programm die Bewegungen des Satelliten im Orbit miteinbezieht und ausserdem den unterschiedlichen Ablauf der Zeit auf der Erde und im Weltraum berücksichtigt. Das sind winzige Unterschiede auf der Basis von Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie, die aber entscheidend für die Entdeckung von interferometrischen Signalen zwischen beiden Teleskopen sind. Der DiFX-Korrelator ist ein offenes Softwareprojekt, an dem eine Reihe von Radioastronomen und Geodäten aus unterschiedlichen Ländern beteiligt sind. Sie kommen aus Australien, wo dieses Projekt ursprünglich entwickelt wurde, aus Europa und aus den Vereinigten Staaten. Damit wird es nun möglich, das RadioAstron-Projekt mit einer Reihe von erdgebundenen Radioteleskopen zu verbinden und weltweit mit radioastronomischen Instituten zusammenzuarbeiten.

Ein weiterer großer Vorteil der Verarbeitung von RadioAstron-Daten mit dem DiFX-Korrelator liegt darin, dass die normalerweise zum Einsatz kommenden Programme zur Analyse interferometrischer Daten das Datenformat von DiFX erkennen und damit eine unmittelbare Weiterverarbeitung der Daten im jeweils bevorzugten Software-Paket der Wissenschaftler möglich wird. Mit diesem System ist es möglich, Radiobilder von Forschungsobjekten bei Auflösungen im Mikrobogensekundenbereich zu erstellen.

Das Weltraum-Radioteleskop Spektr-R wurde von der Lavochkin Association in Russland gebaut und am 18. Juli 2011 mit einer russisch-ukrainischen Zenit-Rakete plus Fregat-SB-Booster vom russischen Weltraumbahnhof Baikonur (Kasachstan) aus gestartet. Der anfängliche Probe- und Testbetrieb von Spektr-R in seiner Erdumlaufbahn steht kurz vor dem Abschluss; erste wissenschaftliche Beobachtungen haben Anfang des Jahres 2012 begonnen.

MPIfR / Red.

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  • Quellen
MPIfR, 3. Juli 2012

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