Eine Wasserstoff-Karte des Nordhimmels

  • 16. December 2015

Erste Daten des Effelsberg-Bonn-HI-Survey veröffentlicht.

Es ist ein wissenschaftlicher Meilenstein: Mit einem der größten Radio­teleskope der Welt, dem 100-m-Teleskop in Effels­berg, haben Astronomen den komplette Nord­himmel in der 21-cm-Spektral­linie des neutralen Wasser­stoffs vermessen. Das Projekt startete im Jahr 2008 und hat mit der Bereit­stellung der ersten Daten des „Effels­berg-Bonn-HI-Survey“, kurz EBHIS, für die astronomische Forschung einen vorläufigen Höhepunkt erreicht. Die Daten stehen Wissen­schaftlern auf der ganzen Welt zur Verfügung. Zusätzlich zu den jetzt veröffent­lichten Daten für die Milch­straße gibt EBHIS einzig­artige Informationen über HI in anderen Galaxien bis zu einer Entfernung von etwa 750 Millionen Licht­jahren.

EBHIS

Abb.: Karte des gesamten Nordhimmels im Licht des neutralen Wasserstoffs, aufgenommen im Rahmen des Effelsberg-Bonn-HI-Surveys. Die Milchstraße erscheint als leuchtendes Band quer über den Himmel. (Bild: EBHIS)

Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum. Er setzt sich aus nur einem Proton und einem Elektron zusammen und ist damit auch das einfachste Element im Weltraum. Die 21cm-Linie ist eine sehr schwache, aber charakte­ristische Emissions­linie des neutralen atomaren Wasserstoffs HI. Damit können nicht nur schwächste Signale von weit entfernten Galaxien mit dem 100-m-Radio­teleskop Effelsberg aufgespürt werden, sondern auch die Bewegung dieser Galaxien relativ zur Erde genau bestimmt werden.

Um das EBHIS-Projekt am 100-m-Radio­teleskop umzusetzen, wurde ein spezieller neuer Empfänger benötigt. Mit sieben Empfangs­elementen, die jeweils unabhängig voneinander den Himmel vermessen, war es möglich, die erforderliche Beobachtungs­zeit um beinahe eine Größen­ordnung zu reduzieren, von mehreren Jahrzehnten hinunter auf nur noch fünf Jahre. Im Rahmen von EBHIS wurden außerdem spezielle Spektro­meter entwickelt, die „Field Programmable Gate Arrays“, mit denen Daten­ver­arbeitung in Echtzeit sowie die Speicherung von etwa 100 Millionen individuellen HI-Spektren in der benötigten hohen Qualität möglich wurde. Diese HI-Spektren wurden mit Hilfe von Hochleistungs­rechnern zusammen­gesetzt zu einer einzig­artigen Karte des gesamten Nordhimmels mit unüber­troffenem Detail­reichtum bei der Darstellung des Gases der Milchstraße.

Für eine Reihe von Astronomie-Studenten an der Uni Bonn wurde ein einzig­artiger Zugang zu den EBHIS-Daten noch vor deren kompletter Veröffent­lichung möglich. Im Jahr 2013 wurde ein Abkommen zwischen dem EBHIS-Team und der Europäischen Raumfahrt­agentur ESA unterzeichnet. Dadurch erhielt die ESA exklusiven Zugang auf die HI-Daten für ihre Satelliten­mission Planck und umgekehrt erhielten Bonner Studenten Zugang zu den Planck-Daten im Rahmen ihrer Promotions­projekte. Seit 2008 wurden zwölf Bachelor-, neun Master- und fünf Promotions­projekte im Rahmen der Forschung mit EBHIS erfolgreich abgeschlossen.

Das “Square Kilometer Array” (SKA), das weltweit größte Radio­astronomie­projekt der Zukunft, mit Beobachtungs­stationen sowohl in Australien wie auch im südlichen Afrika, wird direkt von den EBHIS-Daten profitieren. Bedingt durch die Konstruktion des SKA als aus einzelnen Elementen zusammen­gesetztes Radio­inter­ferometer, ist es grundsätzlich unempfindlich für die schwache und ausgedehnte HI-Strahlung aus der Milchstraße und benachbarten Galaxien. Da gerade diese Komponente der HI-Strahlung durch EBHIS sehr gut dargestellt wird, sind beide komplementär zueinander und nur die Kombination der Daten von EBHIS und dem SKA wird es ermöglichen, ein umfassendes Bild des interstellaren Wasser­stoff­gases zu liefern.

MPIfR / RK

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