Im Kreißsaal der Sterne

Das fliegende Observatorium SOFIA war bis zum 16. März am Flughafen Köln/Bonn stationiert

Die fliegende Sternwarte SOFIA (das Stratosphären-Observatorium Für Infrarot-Astronomie) hat eine Reihe von Beobachtungsflügen vom Flughafen Köln/Bonn aus erfolgreich abgeschlossen. Mit an Bord waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Uni Köln und des MPI für Radioastronomie in Bonn, die weitere Erkenntnisse zur Entstehung von neuen Sternen gewinnen konnten.

Mehrfarbenbild des Herschel-Teleskopes von RCW36 im Sternbild Vela, das kalten (rot) und warmen Staub (grün und blau) zeigt. Der Bereich für die SOFIA-Kartierung ist in grau eingezeichnet, wobei die untere Hälfte bereits in einer vorherigen Beobachtungskampagne in der Spektrallinie von ionisiertem Kohlenstoff (CII) bei 158 µm Wellenlänge beobachtet wurde. Die daraus resultierende Karte ist rechts dargestellt.

SOFIA ist eine Boeing 747SP mit einem Teleskop von 2,70 m Durchmesser an Bord, gebaut für astronomische Beobachtungen vom Infrarot- bis zum Submillimeter-Wellenlängenbereich. Vom 4. Februar bis zum 16. März 2021 war das Flugzeug am Flughafen Köln/Bonn stationiert. Üblicherweise fliegt es von seinem Standort in Palmdale/Kalifornien aus zu den Beobachtungsflügen. SOFIA wurde für einen Zeitraum von drei Monaten bei der Lufthansa-Technik in Hamburg gewartet. Da die Corona-Pandemie derzeit Besuche von deutschen Wissenschaftlern in den USA unmöglich macht, wurde vor der Rückkehr nach Kalifornien eine Wissenschaftskampagne am Nachthimmel über Europa vom Flughafen Köln/Bonn aus durchgeführt, die jetzt erfolgreich abgeschlossen wurde.

Die fliegende Sternwarte ist ein gemeinsames Projekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Flughöhe von SOFIA liegt oberhalb von 13 Kilometern. Damit fliegt die Boeing über dem Großteil des Wasserdampfes der Erdatmosphäre, der ansonsten das Infrarotlicht auf geringeren Höhen abblockt. So können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Wellenlängenbereich beobachten, der von der Erde aus nicht zugänglich ist. Bei diesen SOFIA-Flügen wurde der hochauflösende Empfänger für Ferninfrarot-Spektroskopie GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) eingesetzt, der vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und dem I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln unter Beteiligung des DLR-Instituts für optische Sensorsysteme (Berlin) entwickelt wurde.

Das Ferninfrarot-Spektrometer GREAT ist innerhalb der Druckkabine im Flugzeugobservatorium SOFIA am Teleskopflansch montiert.

Wissenschaftler nutzen das GREAT-Instrument, ein spektral-höchstauflösendes, abbildendes Spektrometer, um von ausgedehnten Himmelsregionen mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung eine Art von chemischem Fingerabdruck zu erstellen. Das GREAT-Team führt dabei Messungen nicht nur für eigene Forschungsprojekte durch, sondern misst auch Daten im Auftrag anderer Wissenschaftler.

Zentraler Teil der Kölner Kampagne waren Beobachtungen im Rahmen des „SOFIA Legacy“-Programms FEEDBACK unter der Leitung von Dr. Nicola Schneider vom I. Physikalischen Institut der Universität Köln sowie Professor Alexander Tielens von der University of Maryland. An dem FEEDBACK-Programm sind auch eine Reihe von Wissenschaftler des Bonner MPIfR beteiligt. Ziel des Programms ist es, systematisch massereiche Sternentstehungsgebiete in unserer Milchstraße zu beobachten. „Erste Ergebnisse von FEEDBACK und anderen kürzlichen SOFIA-Projekten haben neue Entdeckungen ergeben. Dazu gehört, dass man Blasen von sich ausdehnendem Gas, die durch Sternwinde hervorgerufen werden, sehr gut in der CII-Spektrallinie sehen kann. Diese Expansion bewirkt weitere Sternentstehung“, erläutert Dr. Schneider.  Zudem kann die Rate, mit der neue Sterne in der Milchstraße entstehen, ebenfalls durch die Beobachtung von ionisiertem Kohlenstoff (CII) bestimmt werden und liefert damit Erkenntnisse über die Entwicklung unserer Galaxie.

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SOFIA, das "Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie" ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA).

GREAT: Der “German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies” ist ein hochauflösendes Spektrometer für astronomische Beobachtungen bei fern-infraroten Wellenlängen zwischen 0,06 und 0,6 mm. Damit operiert GREAT in einem Spektralbereich, der wegen der Absorption der Erdatmosphäre von bodengebundenen Observatorien aus nicht zugänglich ist. Der modulare Aufbau des Instruments ermöglicht den kurzfristigen Einbau neuartiger Technologie. GREAT ist eine gemeinsame Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn und KOSMA/Universität zu Köln, in Kooperation mit dem DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin. Die Entwicklung von GREAT wurde von den beteiligten Instituten finanziert, unter Beteiligung des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) und dem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereich 956.

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