Aktiver Galaxienkern in Nahaufnahme

Erste interferometrische Signale zwischen der Radioantenne in Effelsberg und dem Weltraum-Teleskop Spektr-R aufgezeichnet

3. Juli 2012

Einer Gruppe von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und dem Astro Space Center in Moskau/Russland ist es zum ersten Mal gelungen, interferometrische Signale zwischen dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg und dem weltraumgebundenen Satelliten-Radioteleskop Spektr-R zu erhalten. Der Abstand der beiden Radioteleskope beträgt bis zu 350000 Kilometer – was einem virtuellen Teleskop dieser Öffnung entspricht und damit einer Winkelauflösung von rund 40 Mikro-Bogensekunden. Die beiden Antennen waren auf das Objekt BL Lacertae gerichtet, den Kern einer aktiven Galaxie in etwa 900 Millionen Lichtjahren Entfernung.

Im Herzen einer Milchstraße: Der Zentralbereich der aktiven Galaxie BL Lac.

Die Beobachtungen haben die Astronomen im Rahmen des Projekts RadioAstron gemacht, das sich mit VLBI (Very Long Baseline-Interferometry) im Weltraum befasst und vom russischen Astro Space Center (ASC) in Moskau geleitet wird. Die Messungen erfolgen über ein Zehn-Meter-Teleskop an Bord des russischen Satelliten Spektr-R. Er wurde im Juli 2011 gestartet und umkreist die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn mit einem maximalen Abstand von 350000 Kilometern.

In dem Projekt kombinieren die Forscher Satellitendaten mit Beobachtungen von erdgebundenen Radioteleskopen und erreichen damit extrem hohe Winkelauflösungen – sie entsprechen tatsächlich denen eines Einzelteleskops von der Größe des Abstands zwischen Erde und Mond. Mit RadioAstron wollen Astronomen unter anderem die Beschleunigung von Teilchen in der Umgebung massereicher schwarzer Löcher in den Zentren aktiver Galaxien studieren, aber auch Neutronensterne und Pulsare, Dunkle Materie und Dunkle Energie untersuchen.

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. Dabei entstehen interferometrische Signale, in der Radioastronomie fringes genannt.  Je größer der Abstand zwischen den beiden Teleskopen ist, desto genauer kann man die Position der Quelle aus den Messungen ableiten.

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 allein ist wegen seiner vergleichsweise geringen Größe für sehr schwache Radiosignale nicht sensibel. So kommt das Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie ins Spiel, das bei Bad Münstereifel-Effelsberg eine 100-Meter-Antenne betreibt.

Erste fringes konnten bereits Ende 2011 aufgezeichnet werden. Die erdgebundenen Beobachtungen wurden auch damals schon mit dem 100-Meter-Radioteleskop gemacht und am Korrelator des Astro Space Center in Moskau ausgewertet. Bei den jüngsten Messungen nahmen die Wissenschaftler das Objekt BL Lac ins Visier, den Kern einer aktiven Galaxie im Sternbild Lacerta (Eidechse). 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.

Starkes Gespann: Das 100-Meter-Radioteleskop bei Bad Münstereifel-Effelsberg und das Zehn-Meter-Weltraumteleskop des RadioAstron-Projekts auf dem Satelliten Spektr-R.

„Ein wichtiger neuer Aspekt dieser Analyse liegt darin, dass wir die Daten nicht wie bisher mit einem Hardware-Korrelator auswerten, sondern mit dem DiFX-Software-Korrelator, der auf den VLBI-Computerstationen in unserem Institut zum Einsatz kommt“, sagt Anton Zensus, Direktor am Bonner Max-Planck-Institut. „Unsere Wissenschaftler haben in Zusammenarbeit mit den Experten von RadioAstron den Programmcode so umgeschrieben, dass er sich auch für die Auswertung von interferometrischen Satellitenbeobachtungen einsetzen lässt.“

Normalerweise sind VLBI-Beobachtungen auf erdgebundene Radioteleskope beschränkt. Die Software musste nun dahingehen verändert 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 – winzige Unterschiede, die für die Entdeckung von interferometrischen Signalen eine entscheidende Rolle spielen.

Der DiFX-Korrelator ist ein offenes Software-Projekt, an dem Radioastronomen und Geodäten aus Australien, wo dieses Projekt ursprünglich entwickelt wurde, aus Europa und aus den Vereinigten Staaten mitwirken. Damit wird es nun möglich, das RadioAstron-Projekt mit einer Reihe von erdgebundenen Radioteleskopen zu verbinden und weltweit mit radioastronomischen Instituten zusammenzuarbeiten.

„Das ist eine aufregende neue Entwicklung für die RadioAstron-Mission, damit wird die erfolgreiche Weiterverarbeitung und Analyse der Daten im astronomischen und physikalischen Sinne möglich“, sagt James Anderson vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Wir können jetzt anfangen, Radiobilder unserer Forschungsobjekte bei Auflösungen im Mikrobogensekundenbereich zu erstellen.“

 

HOR / NJ

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