PAN-STARRS
Drei Milliarden Objekte in einem Katalog 
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
astronews.com
22. Dezember 2016

Das Pan-STARRS-Projekt hat zu Wochenbeginn die bislang größte digitale Himmelsdurchmusterung vorgestellt. Grundlage für den Katalog mit über drei Milliarden Sternen, Galaxien und anderen Objekten waren Beobachtungen mit dem Pan-STARRS-Teleskop auf Hawaii. Eine weitere Veröffentlichung ist im kommenden Jahr geplant.

Diese verkleinerte Ansicht des gesamten Himmels, der vom Standort des Pan-STARRS Observatoriums auf Hawaii sichtbar ist, ist das Ergebnis einer halben Million Aufnahmen mit jeweils etwa 45 Sekunden, über einen Zeitraum von 4 Jahren. Bild: Danny Farrow, Pan-STARRS1 Science Consortium und Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [Gesamtansicht]

Das Pan-STARRS-Projekt, an dem auch Astronomen an den Max-Planck-Instituten für Astronomie in Heidelberg und für extraterrestrische Physik in Garching beteiligt sind, hat am Montag die weltweit größte digitale Himmelsdurchmusterung veröffentlicht. Der Katalog basiert auf Beobachtungsdaten, die über vier Jahre gesammelt wurden, umfasst mehr als drei Viertel des Nachthimmels und liefert umfangreiche Informationen über mehr als drei Milliarden Sterne, Galaxien und andere Quellen.

"Die Pan-STARRS Himmelsdurchmusterungen erlauben es nun jedem, auf Millionen von Bildern zuzugreifen, sowie die Datenbank und Kataloge mit Präzisionsmessungen von Milliarden von Sternen und Galaxien zu nutzen", sagt Dr. Ken Chambers, Direktor der Pan-STARRS-Observatorien am Institut für Astronomie der University of Hawai'i. "Das Pan-STARRS – Teleskop machte Entdeckungen von erdnahen Objekten und Objekten im Kuiper-Gürtel des Sonnensystems, bis hin zu einsamen Planeten zwischen den Sternen; es lieferte dreidimensionale Karten des Staubes in unserer Galaxie und fand neue Sternströme; und es entdeckte neue Arten von explodierenden Sternen und entfernten Quasaren im frühen Universum."

Im Mai 2010 startete das erste Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System, kurz: das Pan-STARRS, ein 1,8-Meter-Teleskop auf dem Gipfel des Haleakalā auf der Hawaii-Insel Maui, eine digitale Himmelsdurchmusterung im sichtbaren und Nah-Infrarotlicht. Dies war die erste Beobachtungskampagne mit dem Ziel, den Himmel sehr schnell wiederholt zu beobachten und so nach sich bewegenden oder sich verändernden Objekten zu suchen. Dazu zählen auch Asteroiden, die möglicherweise die Erde bedrohen könnten. Die Himmelsdurchmusterung nahm etwa vier Jahre in Anspruch, und tastete den Himmel zwölf Mal in fünf Filtern ab.

Die Daten umfassen drei Milliarden separate Quellen, darunter Sterne, Galaxien und verschiedene andere Objekte. Der riesige Katalog besteht aus zwei Petabyte an Daten – dies entspricht 40 Millionen Aktenschränken mit jeweils vier Schubladen eng bedrucktem Text. Alle diese Informationen mussten ordnungsgemäß katalogisiert werden, so dass die Astrophysiker schnell auf die Daten zugreifen und nutzen können.

"In den vergangenen drei Jahren haben wir große Anstrengungen unternommen, die Qualität der Daten zu überprüfen und die am besten geeignete Struktur für den Katalog zu definieren", erklärt Dr. Roberto Saglia, der die Pan-STARRS-Beteiligung am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik leitet. "In mehr als 100 Telekonferenzen diskutierten und verbesserten wir Testergebnisse, wie etwa für die Astrometrie oder Photometrie von ausgewählten Himmelsregionen, die bereits mit anderen Teleskopen beobachtet wurden. Wir überlegten auch, wie wir die einzelnen Beobachtungen am besten kombinieren und die relevanten Informationen für jeden Objekttyp präsentieren können."

"Basierend auf Pan-STARRS sind die Forscher nun in der Lage, Entfernungen, Bewegungen und besondere Merkmale wie den Anteil an Mehrfachobjekten bei allen nahen Sternen, braunen Zwergen und der Überresten von Sternen, wie etwa Weißen Zwergen, zu messen. Das erweitert die Katalogisierung von nahezu allen Objekten in Sonnennähe bis in Entfernungen von etwa 300 Lichtjahren", ergänzt Prof. Dr. Thomas Henning, Direktor der Abteilung Planeten und Sternentstehung am MPIA. "Die Pan-STARRS-Daten ermöglichen auch eine wesentlich bessere Charakterisierung der Bildung massearmer Sterne in Sternhaufen. Darüber hinaus sammelten wir etwa vier Millionen Lichtkurven von Sternen, um Jupiter-ähnliche Planeten in engen Bahnen um kühle Zwergsterne zu finden."

"Regelmäßig beobachteten wir auch unsere nächste Nachbargalaxie Andromeda und konnten dort mehrere Mikrolinsenereignisse sowie viele neue variable Cepheidensterne nachweisen. Dies erlaubte es uns, die kompakte dunkle Materie in M31 besser einzugrenzen und ihre Entfernung noch genauer zu bestimmen", betont Ralf Bender, Direktor am MPE.

Aber Pan-STARRS erstreckt sich auch auf astronomische Objekte jenseits unserer kosmischen Nachbarschaft. "Pan-STARRS bildete unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, in einer bislang nicht erreichten Detailfülle ab. Die Studie liefert zum ersten Mal eine tiefe und globale Sicht für einen Großteil der galaktischen Ebene und Scheibe - ein Gebiet, das normalerweise aufgrund der Komplexität der Kartierung dieser dichten und staubigen Regionen bei Durchmusterungen gemieden wird", erklärt Prof. Dr. Hans-Walter Rix, Direktor der Abteilung Galaxien und Kosmologie des MPIA. "Und Pan-STARRS geht weit darüber hinaus: seine einzigartige Kombination aus Himmelsabdeckung, Tiefe der Beobachtungen und verwendete Farbfilter erlaubte die Entdeckung der Mehrzahl der am weitesten entfernten Quasare. Dies sind die frühesten Beispiele in unserem Universum dafür, dass sich supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien gebildet haben."

Die Veröffentlichung der Daten erfolgt in zwei Schritten: Die jetzt bereitgestellt Version ist der "Statische Himmel" und liefert den Durchschnitt der einzelnen Beobachtungsepochen. Für jedes Objekt gibt es einen Durchschnittswert für seine Position, seine Helligkeit und seine Farben. Außerdem ist es möglich, ein zusammengesetztes Bild für jede der beobachteten Farben zu erhalten.

Für Galaxien gibt es weitere Informationen wie ihre Helligkeit für verschiedene Blendengrößen und Seeing-Bedingungen (Mit Seeing bezeichnen die Astrononen die durch Turbulenzen der Erdatmosphäre bedingten Variationen der Abbildungsschärfe). Im Jahr 2017 wird der zweite Datensatz freigegeben, der diese Informationen für jede einzelne Epoche zur Verfügung stellt und es allen Nutzern ermöglicht, auf die einzelnen Bilder für jede Beobachtungsreihe zuzugreifen. Die vollständige Datenbank enthält Informationen über jeden einzelnen Schnappschuss, den Pan-STARRS von einer bestimmten Region am Himmel aufgenommen hat und wird die gesamten 2 Petabyte an Daten vervollständigen.

"Unser nächster Schritt ist es nun, die Rotverschiebungen - also Entfernungen - von Galaxien und anderen kosmologischen Objekten zu messen", erklärt Saglia. "Wir benötigen diese Informationen, um die Verteilung der Galaxien in allen drei Dimensionen zu analysieren. Aus dieser Struktur können wir dann die Geometrie des Universums ableiten und unser kosmologisches Standardmodell weiter präzisieren. Mit den Daten der einzelnen Epochen können wir außerdem die Variabilität in weit entfernten, aktiven Galaxien untersuchen." Die Informationen zur Rotverschiebung werden dem Pan-STARRS-Katalog ebenfalls hinzugefügt.