Stuttgarter Instrument liefert erste wissenschaftliche Daten

Bei seinem ersten wissenschaftlichen Einsatz hat das Ferninfrarot-Spektrometer FIFI-LS (Field-Imaging Far-Infrared Line Spectrometer) der Universität Stuttgart unter anderem das prominente Sternentstehungsgebiet im Orionnebel erforscht.

Damit hat das Instrument an Bord der fliegenden Sternwarte SOFIA (Stratosphären-Observatorium Für Infrarot-Astronomie) der amerikanischen Weltraumbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt (DLR) wichtige Beobachtungen zur Sternentstehung durchgeführt und gleichzeitig seine Einsatzfähigkeit unter Beweis gestellt.

Das Ferninfrarot-Spektrometer FIFI-LS wurde am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart unter der Leitung von Alfred Krabbe fertiggestellt und bereits im November 2013 in die USA verschifft, um vor Ort abschließend für seinen Einsatz an Bord der fliegenden Sternwarte vorbereitet zu werden. Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert außerdem für die deutsche Seite den Betrieb des fliegenden Observatoriums SOFIA.

Die Abkühlung des Gases ist Voraussetzung für die Sternentstehung

Rund 1300 Lichtjahre von der Erde entfernt in unserer Milchstraße liegt der Orionnebel. Diese Himmelsregion ist für die Wissenschaft deshalb interessant, weil es sich dabei um eines der aktivsten Sternentstehungsregionen in unserer Galaxis handelt. Mit FIFI-LS untersuchten die Wissenschaftler speziell das Becklin-Neugebauer-Objekt – eine Molekülwolke, die sowohl junge Sterne als auch dichtes Gas enthält, welches immer noch neue Sterne bildet.

Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass sich das heiße Gas in dieser Region von anfangs etwa 100 Kelvin (-173 Grad Celsius) auf rund zehn Kelvin (-263 Grad Celsius) abkühlt – denn nur dann sinkt auch der Druck innerhalb der Wolke und sie kann sich ausreichend verdichten, um Sterne zu bilden. Für die Abkühlung sorgen Elemente wie Sauerstoff und Kohlenstoff, die die Wärmeenergie der Wolke aus dem Innern nach außen abstrahlen.

Das Becklin-Neugebauer Objekt, die Trapezsterne und die prominente Kante des Orionnebels aufgenommen von FIFI-LS bei den Wellenlängen 63 µm, 145 µm und 157 µm, die prominenten Linienfarben des neutralen Sauerstoffs [OI] und des einfachionisierten Kohlenstoffs [CII] entsprechen (rechts; Copyright: FIFI-LS Team). Links: Spitzer Aufnahme des Orionnebel (rot: 8 µm, orange: 5,8 µm, grün: 4,5 µm, blau: 3,6 µm; Copyright: Thomas Megeath). Der rote Umriss im Bild links zeigt die Lage des Beobachtungsmosaiks.

Wie dieser Kühlungsprozess im Detail funktioniert, will Leslie Looney, leitender Wissenschaftler des Projekts von der University of Illinois, herausfinden. „Sauerstoff und Kohlenstoff strahlen einen erheblichen Teil der Wärmeenergie der Wolke bei ganz bestimmten Wellenlängen ab, die wir hervorragend mit FIFI-LS detektieren können:“ SOFIA ist derzeit das einzige Observatorium, mit dem Beobachtungen bei diesen ferninfraroten Wellenlängen möglich sind.

Zeitgleich zur Kühlung heizen jedoch die bereits entstandenen, jungen und heißen Sterne im Trapez des Orion, die Wolke auch auf. Prallt dieses erwärmte und ionisierte Gas auf kühleres Gas, entstehen Schockfronten wie die Kante unterhalb der Trapezsterne. Aus den unterschiedlichen Stärken der Elementenlinien [OI] 63, 145 µm und [CII] 157 µm und ihrer räumlichen Verteilung kann der Forscher Leslie Looney den Zusammenhang zwischen dem Kühlungs- und dem Heizmechanismus untersuchen. Die [CII] 157 µm vom Becklin-Neigebauer-Objekt konnten bislang noch mit keinem anderen Observatorium beobachtet werden. „Das Einmalige an den FIFI-LS Aufnahmen aber ist die Größe und Auflösung“, schwärmt der Astronom.

Auch Astronom und Instrumentenbauer Alfred Krabbe vom IRS ist sichtlich zufrieden: „Ich freue mich, dass FIFI-LS zusammen mit dem SOFIA-Observatorium super funktioniert hat und wir nun der internationalen Astronomischen Gemeinschaft ein weiteres wissenschaftliches Instrument zur Verfügung stellen können.“ Für den nächsten Beobachtungszyklus, der im Frühjahr 2015 beginnen soll, erwarten er und sein Team Beobachtungsanträge zu den verschiedensten astronomischen Themen. Das Team selbst plant mit FIFI-LS weitere Orion-Beobachtungen durchzuführen, um die jetzt vorhandenen Karten zu komplementieren.“

Weitere Informationen zu FIFI-LS finden Sie unter
www.irs.uni-stuttgart.de/forschung/fifi-ls/index.html

Frühere News zu FIFI-LS:
Erfolgreiche Inbetriebnahme von FIFI-LS (16. März 2014)
FIFI-LS wird nach Kalifornien verschifft (12. November 2013)

Kontakt:
Dörte Mehlert
mehlert@dsi.uni-stuttgart.de
Tel.: 0711/685- 69632

SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Fond: 50OK0901) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. 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). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR