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 Biophysik - Blitzlicht aus der Nanowelt
24.04.2018 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Moleküle brillant beleuchtet
23.04.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

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: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

RWI/ISL-Containerumschlag-Index auf hohem Niveau deutlich rückläufig

24.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

24.04.2018 | HANNOVER MESSE

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics