Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

HI4PI: Radiokarte des gesamten Himmels im Licht der Wasserstofflinie HI

20.10.2016

Zwei der weltweit größten voll beweglichen Radioteleskope, das 100-m-Teleskop des MPIfR bei Effelsberg, sowie das australische 64-m-Teleskop bei Parkes, wurden dazu eingesetzt, die detaillierte Verteilung des neutralen Wasserstoffs, des häufigsten Elements im Universum, am Nord- und Südhimmel zu vermessen. Heute werden die Daten der kompletten Himmelskartierung unter der Bezeichnung HI4PI den Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt. Sie zeigen viele Details in der großskaligen Struktur des Gases in unserer Milchstraße und benachbarter Galaxien. HI4PI ist das Ergebnis der gemeinsamen Anstrengung von Wissenschaftlern in vielen Ländern und stellt einen Meilenstein auch für die Zukunft dar.

Atomarer Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Er ist überwiegender Bestandteil von so gut wie allen Himmelsobjekten wie z.B. Sterne, Galaxien und sogar Galaxienhaufen. Wasserstoff besteht aus nur einem Proton im Kern und ist damit auch das einfachste Element, das sich bereits in der ursprünglichen Elemententstehung im Urknall gebildet hat. Wenn das Proton mit einem Elektron kombiniert wird, liegt neutraler Wasserstoff vor, der auch als HI bezeichnet wird.


Der gesamte Himmel im Licht des neutralen Wasserstoffs (HI), aufgenommen mit den Parkes- und Effelsberg-Radioteleskopen mit der Milchstraße als leuchtendem Band in der Bildmitte.

HI4PI-Kollaboration


Zwei der größten Radioteleskope der Erde wurden für die Vermessung des gesamten Himmels im Rahmen des HI4PI-Projekts eingesetzt: Effelsberg (100 m, links) und Parkes (64 m, rechts).

Norbert Junkes (linkes Bild), Shaun Amy (rechtes Bild).

Zusätzlich zu den bekannten Spektrallinien des Wasserstoffs in optischen Wellenlängen wird extrem schwache Linienstrahlung des Wasserstoffs auch im Radiobereich beobachtet; die sogenannte 21cm-Linie. Die so abgestrahlte Energie ist extrem gering, aber durch die riesige Menge von Wasserstoff im Universum kann die 21cm-Linie in fast allen kosmischen Bereichen nachgewiesen werden, sogar weit außerhalb von Galaxien.

Im Jahr 1951 ist es drei Forschergruppen unabhängig voneinander zum ersten Mal gelungen, 21cm-Linienstrahlung von HI nachzuweisen. Heute, 65 Jahre später, veröffentlicht eine internationale Kollaboration von Wissenschaftlern aus aller Welt, unter der Bezeichnung HI4PI einen Spektralatlas des gesamten Himmels im Lichte der 21cm-Linie des neutralen Wasserstoffs.

HI4PI steht als Akronym für HI über den ganzen Himmel (wobei die Oberfläche einer kompletten Kugel einen Flächeninhalt von 4 PI Steradian aufweist). Die HI4PI-Kollaboration, geleitet von einem deutschen Team von der Universität Bonn und dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), präsentiert ihre Resultate in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Astronomy and Astrophysics".

Mit modernen Radioteleskopen ist es recht einfach, HI in so gut wie jeder Richtung am Himmel nachzuweisen. Eine Kartierung des gesamten Himmels ist aber nach wie vor extrem zeitintensiv und aufwändig in Bezug auf die geleistete Arbeit. Die komplette Kartierung erforderte mehr als eine Million individueller Beobachtungen mit zwei der größten Radioteleskope der Erde, dem Effelsberg-100m-Radioteleskop bei Bonn und dem Parkes-64m-Radioteleskop in Australien. Insgesamt wurden einige Dutzend Terabyte an Daten aufgenommen. Die Rohdaten wurden von den Astronomen in Bonn zur nun fertigen Himmelskarte verarbeitet.

„Neben einer sorgfältigen Kalibration der Daten mussten wir eine Reihe von Störsignalen entfernen. Im Fachjargon nennt der Astronom dies Radiointerferenzen (Radio Frequency Interference), die unter anderem von Telekommunikations- und Fernsehstationen oder auch RADAR-System hervorgerufen werden. Sie können die schwachen Radiosignale kosmischen Ursprungs komplett überlagern“, erklärt Benjamin Winkel vom MPIfR, der im Rahmen der HI4PI-Kollaboration für Datenaufnahme und Datenverarbeitung verantwortlich ist. „Der Rechenaufwand für die Verarbeitung war gewaltig, zu Tausenden von Stunden Beobachtungszeit sind noch einige Tausend Stunden für die Datenanalyse am Rechner hinzugekommen.“

Die neuen Beobachtungen wurden nur dadurch möglich, dass die technische Ausstattung der Radioteleskope im Lauf des letzten Jahrzehnts enorm verbessert wurde. Zum einen haben neue Multipixel-Empfangssysteme die Messgeschwindigkeit um nahezu eine Größenordnung erhöht, zum anderen stehen inzwischen sehr leistungsfähige Spektrometer auf der Basis von neuartigen Digitalprozessoren für eine hohe Bandbreite zur Verfügung. Der bisherige Standard von Himmelskartierungen in der HI-Linie wurde durch die Leiden-Argentinien-Bonn-Kartierung (LAB) gesetzt, die auf Messungen mit Radioteleskopen der 30m-Klasse basiert. HI4PI hat eine zweimal höhere Empfindlichkeit und viermal bessere Winkelauflösung im Vergleich zu LAB.

Da der neutrale Wasserstoff überall im Universum vorkommt, wird HI4PI eine wichtige Referenzquelle für Forscher in vielen Bereichen der Astronomie darstellen, um sie mit Beobachtungsdaten in allen möglichen Wellenlängen zu vergleichen. Beispielsweise werden Röntgen- und Gammaphotonen zum Teil absorbiert, gestreut oder in andere Wellenlängen re-emittiert, wenn sie während ihrer kosmischen Reise das Wasserstoffgas in unserer Milchstraße durchdringen. Die Verteilung von HI in der Milchstraße hat also maßgeblichen Einfluss auf die Analyse von Beobachtungen im Hochenergiebereich von Röntgen- und Gammastrahlen. Mit den HI4PI-Daten wird es möglich, diese störenden Effekte für kosmische Signale aus großen Entfernungen zu korrigieren und damit quasi das Fenster ins ferne Universum zu reinigen.

Auch für Forscher, die die Verteilung des Gases in der Milchstraße selbst untersuchen, stellt HI4PI ein wertvolles Hilfsmittel dar. Mit der verbesserten Empfindlichkeit und Winkelauflösung der neuen Daten können nun wesentlich detailliertere Strukturen im interstellaren Medium dargestellt werden. „Viele Untersuchungen, die unter Verwendung von vorab zugänglich gemachten Daten von HI4PI bereits in den vergangenen Jahren veröffentlicht wurden, haben schon neue Erkenntnisse und erstaunliche wissenschaftliche Ergebnisse erbracht“, sagt Peter Kalberla von der Universität Bonn, der leitende Senior-Wissenschaftler im Projekt.

„HI4PI setzt Maßstäbe für die kommenden Dekaden“, schließt Jürgen Kerp von der Universität Bonn, Projektkoordinator und leitender Wissenschaftler von HI4PI. „Auch wenn zukünftige Teleskope wie das „Square Kilometre Array“ (SKA) sowohl die Empfindlichkeit als auch die Winkelauflösung von Radiobeobachtungen in ganz neue Bereiche bringen werden, so sind solche Interferometer bauartbedingt leider unempfindlich für die ausgedehnte diffuse Komponente des Wasserstoffgases. HI4PI wird auch hier eine erstklassige Quelle darstellen, um die SKA-Daten mit den fehlenden Informationen zu vervollständigen.“

Die HI4PI-Daten sind nach Ablauf der Sperrfrist für alle Interessierten auf Anfrage vom CDS-Datenzentrum in Straßburg zugänglich.


Das Autorenteam umfasst die HI4PI-Kollaboration: N. Ben Bekhti, L. Flöer, R. Keller, J. Kerp, D. Lenz, und B. Winkel, sowie J. Bailin, M. R. Calabretta, L. Dedes, H. A. Ford, B. K. Gibson, U. Haud, S. Janowiecki, P. M.W. Kalberla, F. J. Lockman, N. M. McClure-Griffiths, T. Murphy, H. Nakanishi, D. J. Pisano, und L. Staveley-Smith.

Originalveröffentlichung:

HI4PI-Kollaboration: HI4PI: A full-sky HI survey based on EBHIS and GASS, 2016, Astronomy & Astrophysics, Online-Publikation 20. Oktober 2016 (DOI: 10.1051/0004-6361/201629178).
URL: www.aanda.org/10.1051/0004-6361/201629178 (nach Ablauf der Sperrfrist)

Kontakt:

Priv.-Doz. Dr. Jürgen Kerp,
Argelander-Institut für Astronomie,
Universität Bonn.
Fon: +49 228 73-3667
E-mail: jkerp@astro.uni-bonn.de

Dr. Benjamin Winkel,
Radio-Observatorium Effelsberg,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 2257 301-167
E-mail: bwinkel@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2016/13

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Blasen im Pulsarwind schlagen Funken
22.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

nachricht Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern
21.11.2017 | Universität Wien

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bakterien als Schrittmacher des Darms

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die gefrorenen Küsten der Arktis: Ein Lebensraum schmilzt davon

22.11.2017 | Geowissenschaften