Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Gammablasen der Milchstraße

04.02.2015

Neues Verfahren der Bildgebung lüftet so manches Geheimnis der galaktischen Anatomie

Die Anatomie der Milchstraße im Gammalicht erscheint besonders rätselhaft. So gibt es über und unter dem galaktischen Zentrum mysteriöse gigantische Blasen, die hochenergetische Strahlung aussenden. Ein neues Verfahren zur Bildgebung, entwickelt am Garchinger Max-Planck-Institut für Astrophysik, hat die Gammastrahlung in nur drei fundamentale Komponenten zerlegt:


Die Milchstraße im Gammalicht: In der linken Bildhälfte sind die grießeligen Rohdaten dargestellt, in der rechten die aufbereiteten. Dazu haben die Forscher einen statistischen Algorithmus entwickelt, mit dessen Hilfe sie das Rauschen sowie Instrumentenartefakte entfernen und schließlich diffuse und punktförmige Strukturen voneinander trennen. Die Aufnahmen enthüllen interessante Details wie die sogenannten Fermi-Blasen (Bildmitte), die sich über 50.000 Lichtjahre erstrecken und über deren Herkunft die Astronomen noch rätseln.

© MPA / Marco Selig

Strahlung von Punktquellen, Strahlung aus Reaktionen energetischer Protonen mit dichten, kalten Gaswolken sowie Strahlung von Elektronen, die mit Licht in dünnem, heißem Gas kollidieren. Die damit gewonnenen Einblicke helfen, einige Rätsel der Milchstraße zu lüften. So zeigt sich, dass die Gammablasen einfach nur Ausflüsse von gewöhnlichem, heißem Gas sind.

Das Firmament im Licht der Gammastrahlung zeigt viele Objekte, Strukturen und astrophysikalische Prozesse. Am prominentesten leuchtet die Milchstraße; sie macht einen großen Teil der Punktquellen sowie den überwiegenden Teil der diffusen Gammastrahlung des Himmels aus. Die verschiedenen Strahlungsquellen erscheinen jedoch überlagert, was deren Identifikation und Interpretation erschwert.

Außerdem messen Instrumente wie der Fermi-Satellit einzelne, zufällig eintreffende Gammaphotonen. Das sind Lichtteilchen höchster Energien, aus denen mit aufwendigen bildgebenden Verfahren Himmelskarten errechnet werden müssen. Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik haben eine neue derartige Methode zum Entrauschen, Entfalten und Entwirren von Photonenbeobachtungen entwickelt. D³PO, so ihr Name, hat nun aus den Daten von Fermi die bisher brillanteste Gammastrahlungskarte des Himmels erzeugt

Dazu hat D³PO den Gammahimmel bei neun Photonenenergien in Punktquellen und diffuse Strahlung zerlegt. Daraus lässt sich ein farbiges Bild erzeugen; es zeigt, wie der Himmel mit Gammaaugen betrachtet aussehen würde. Darauf kann man die verschiedenen astrophysikalischen Prozesse erkennen, und zwar anhand ihrer verschiedenen Energiespektren, sichtbar als unterschiedliche Farben.

Die Gammablasen über und unter dem Zentrum der Milchstraße erscheinen blau-grünlich, was von besonders energiereicher Gammastrahlung kündet. Diese sollte hauptsächlich durch Zusammenstöße nahezu lichtschneller Elektronen mit Sternenlicht und anderen Photonen erzeugt worden sein. Die orange-braunen Regionen am rechten und linken Bildrand stammen vor allem von Kollisionen nahezu lichtschneller Protonen mit Atomkernen in dichten, kalten Gaswolken.

Die große Überraschung jedoch war, dass die zentrale, helle galaktische Scheibe – sowie eigentlich alle anderen Bereiche des Himmels – im Wesentlichen einfach nur eine Überlagerung dieser beiden Prozesse ist: Stöße von Protonen mit Atomkernen und von Elektronen mit Lichtteilchen. Zerlegt man die diffuse Gammastrahlung in nur diese beiden Prozesse, bleibt weniger als zehn Prozent der Strahlung übrig. Und dies an allen Orten des Himmels und bei allen untersuchten Energien.

Die gesamte diffuse galaktische Gammastrahlung wird also fast ausschließlich durch zwei typische Medien hervorgebracht: dichte, kalte Gaswolken und dünnes, heißes Gas zwischen diesen. In der Tat zeigt die aus den Wolken stammende Gammastrahlung die gleiche räumliche Himmelsverteilung wie die Staubwolken der Milchstraße, die der Satellit Planck im Mikrowellenbereich vermessen hat.

Die in den mysteriösen Gammablasen erzeugte Strahlung durch Elektronen unterscheidet sich in ihrer Farbe nicht von der Strahlung aus der galaktischen Scheibe. Dies legt nahe, dass wir an beiden Orten dasselbe Material sehen: heißes Gas, welches durch Sternexplosionen mit nahezu lichtschnellen Elektronen angereichert wurde. Die über 50.000 Lichtjahre reichenden Gammablasen sind daher nichts anderes als aufsteigende heiße Gasmassen, die den Zentralbereich unserer Milchstraße verlassen.

Neben der Enträtselung der Gammablasen hat die D³PO-Analyse der Anatomie galaktischer Gammastrahlung noch eine Reihe weiterer wissenschaftlicher Ergebnisse geliefert. So etwa erstrecken sich die kalten Gaswolken, die durch die Gammastrahlung kartografiert wurden, bis in größere Höhen über der galaktischen Ebene als die Staubwolken, die der Planck-Satellit vermessen hat. Das haben die Forscher zwar aufgrund der höheren Masse von Staubteilchen im Vergleich zu den Gasteilchen in den Gaswolken erwartet; es ist aber eine schöne Bestätigung dafür, dass diese anatomische Zerlegung der Milchstraße astrophysikalisch korrekt ist. Weiterhin haben die Wissenschaftler einen umfangreichen Katalog von Punktquellen vorgelegt und darin – leider erfolglos – nach Gammastrahlung von Galaxienhaufen gefahndet.

Der D³PO-Algorithmus, der all dies ermöglicht hat, ist mittlerweile frei verfügbar und wird in Zukunft auch astronomische Bilder bei anderen Wellenlängen liefern. Er wurde von Marco Selig im Rahmen seiner gerade mit Auszeichnung beendeten Promotion an der Ludwigs-Maximilians-Universität München mittels Informationsfeldtheorie hergeleitet und mittels der ebenfalls frei verfügbaren NIFTY-Software implementiert. Die Informationsfeldtheorie befasst sich mit der Mathematik der Bildgebung komplexer Daten und ist zentraler Schwerpunkt der Gruppe von Torsten Enßlin am Max-Planck-Institut für Astrophysik.


Ansprechpartner
Dr. Hannelore Hämmerle
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Telefon: +49 89 30000-3980
E-Mail: hhaemmerle@mpa-garching.mpg.de
 
Dr. Torsten Enßlin
Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Telefon: +49 89 30000-2243
E-Mail: tensslin@mpa-garching.mpg.de

Dr. Marco Selig
Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Telefon: +49 89 30000-2298
E-Mail: mselig@mpa-garching.mpg.de


Originalpublikation
Marco Selig, Valentina Vacca, Niels Oppermann, Torsten A. Enßlin
The Denoised, Deconvolved, and Decomposed Fermi γ-ray Sky – An Application of the D3PO Algorithm
Astronomy & Astrophysics

Quelle

Dr. Hannelore Hämmerle | Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/8931615/gammablasen-milchstrasse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise