Überblick

Diffuse Banden im All

Laborexperimente unter astrophysikalischen Bedingungen sind notwendig, um die ständig wachsende Zahl der Beobachtungsdaten richtig interpretieren zu können

  • Friedrich Huisken und Cornelia Jäger
  • 02 / 2014 Seite: 29

Erdgebundene und satellitengestützte Beobachtungen, deren Anzahl und Qualität kontinuierlich zunehmen, führen laufend zu neuen Erkenntnissen in der Astronomie. Um diese wachsende Datenflut optimal nutzen und insbesondere die beobachteten Spektren verstehen zu können, bedarf es neben Modellrechnungen auch gezielter Laborexperimente unter Bedingungen, die jenen im All entsprechen. Ein Beispiel ist eines der ältesten Rätsel der Astronomie: das Phänomen der diffusen interstellaren Banden (DIBs), für das eine endgültige Klärung noch aussteht.

Astrophysikalische Prozesse basieren auf einer Vielzahl von physikalischen und chemischen Einzelschritten, die man gründlich verstehen muss, um astronomische Beobachtungen korrekt interpretieren und weiterreichende Schlüsse ziehen zu können. Von besonderer Bedeutung sind elementare Prozesse, die traditionell in der physikalischen Chemie untersucht werden, wie die Wechselwirkung von Atomen, Molekülen, Clustern, Nanoteilchen und Staubpartikeln untereinander oder mit verschiedenen Strahlungsfeldern. Nur wenn diese mikroskopischen Prozesse gründlich verstanden sind, lassen sich die Beobachtungen direkt interpretieren und makroskopische Vorgänge und Strukturen mithilfe von Computern modellieren.

Die Bedeutung dieser Grundlagenforschung wird besonders deutlich angesichts der Fülle von Beobachtungsdaten, die Infrarot-Weltraumteleskope wie Spitzer und Herschel bereits heute zur Verfügung stellen oder die z. B. vom kürzlich in Betrieb genommenen Submillimeter-Array ALMA in der Atacama-Wüste zu erwarten sind. Die Vielzahl der involvierten Prozesse erfordert eine konzertierte Aktion von Astronomen, Physikern, Mineralogen, Chemikern und Biologen.

Diese Überlegungen gelten in besonderer Weise für die Erforschung des interstellaren Mediums (ISM) einschließlich seiner Molekül- und Staubwolken. Die gemeinsame Laborastrophysikgruppe des Max-Planck-Instituts für Astronomie und der Universität Jena führt daher Experimente in Apparaturen durch, welche die Bedingungen des Weltraums möglichst wirklichkeitsnah nachstellen. Dazu gehören tiefe Temperaturen, wie sie z. B. in interstellaren Molekülwolken vorherrschen (10 – 50 K), ebenso wie die hohen Temperaturen in alten, „entwickelten“ Sternen. Zudem muss ein ausgezeichnetes Vakuum gewährleisten, dass die zu untersuchenden Atome, Moleküle, Cluster und Staubteilchen nicht miteinander wechselwirken. Dafür stehen der Arbeitsgruppe in Jena leistungsfähige Hoch­­vakuum-Apparaturen zur Verfügung, die es ermöglichen, frei propagierende Molekül- und Nanoteilchenstrahlen zu erzeugen und mit hochsensitiven Lasertechniken spektroskopisch zu charakterisieren. ...

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