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Organische Moleküle im Orionnebel
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Institust für Radioastronomie
astronews.com
5. März 2010
Viele Monate lang musste das Team des Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI)
auf den ersten Einsatz des Instrumentes an Bord des europäischen
Infrarotteleskops Herschel warten, jetzt präsentierten die Forscher den
ersten spektralen Fingerabdruck des Orionnebels, der mit HIFI gewonnen
wurde. Einhellige Meinung der Astronomen: Das Warten hat sich mehr als
gelohnt.
HIFI-Spektrum des Orion-Nebels, dargestellt vor
dem Hintergrund der Ferninfrarot-Aufnahme des
Nebels mit dem Spitzer-Teleskop der NASA. Das
Spektrum zeigt Wasser und verschiedene organische
Moleküle und gibt einen Eindruck der chemischen
Vielfalt in Regionen von Stern- und
Planetenentstehung.
Bild:
ESA, HEXOS & HIFI Konsortium (E. Bergin) [Großansicht] |
Herschel, das Satelliten-Observatorium der europäischen
Raumfahrtagentur ESA, hat die spektralen Fingerabdrücke einer Reihe
organischer Moleküle im Orion-Nebel, einer der nächstgelegenen
Sternentstehungsregionen in unserer Milchstraße, aufgenommen. Das
detaillierte Spektrum, wurde mit einem der drei neuartigen
Empfangsinstrumente an Bord von Herschel, dem Heterodyn-Instrument
für den FernInfrarotbereich (HIFI), im Februar 2010 beobachtet. Es
bietet einen reichen Schatz an Informationen darüber, wie sich
organische Moleküle im Weltraum bilden. Am Bau von HIFI waren deutsche
Institute maßgeblich beteiligt: die Universität zu Köln und die beiden
Max Planck-Institute für Radioastronomie in Bonn und für
Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau.
Das HIFI-Spektrum des Orion-Nebels ist eines der ersten Spektren, die mit
HIFI gewonnen wurden. Es zeigt eine große Fülle einzelner Strukturen, die einen
ganzen Wald von Spektrallinien bilden. Jede dieser Linien steht für die
Strahlung eines ganz bestimmten Moleküls in diesem Gasnebel, der als eine der
produktivsten chemischen Fabriken im Weltraum gilt. Die einzelnen Schritte, die
zur Bildung der Moleküle führen, sind allerdings noch nicht sehr gut verstanden.
Bei der ersten Durchsicht des Orion-Spektrums ist es den Astronomen gelungen,
bereits eine Reihe der Linien, die sich durch das ganze Spektrum ziehen,
bekannten Molekülen zuzuordnen. Die Identifikation weiterer Linien ist in
Arbeit. Eine Besonderheit im Spektrum des Orion-Nebels ist seine
Reichhaltigkeit: unter den identifizierten Molekülen finden sich Wasser,
Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Methanol, Dimethyläther, Zyanwasserstoff,
Schwefeloxid, Schwefeldioxid nebst einer Reihe von Isotopomeren. Es steht zu
erwarten, dass auch bisher im Weltraum nicht nachgewiesene Moleküle im Spektrum
gefunden werden.
"Dieses HIFI-Spektrum, und viele weitere, die folgen werden, bieten eine
Vielfalt von Informationen darüber, wie sich organische Moleküle in einem Gebiet
aktiver Sternentstehung bilden. Alles deutet darauf hin, dass wir ein tieferes
Verständnis der chemischen Vorgänge im Weltraum erhalten, sobald wir über die
vollständigen spektralen Daten verfügen", sagt Edwin Bergin von der Universität
Michigan, der Leiter des HEXOS-Projekts, in dessen Rahmen das
Sternentstehungsgebiet im Sternbild Orion mit HIFI untersucht wird.
Das Spektrum des Orion-Nebels wurde im Februar 2010 gemessen, nur einen
Monat, nachdem die regulären Messungen mit HIFI auf dem Herschel-Satelliten
aufgenommen wurden. HIFI wurde entwickelt, um Spektren mit extrem hoher
Auflösung zu erhalten und einen neuen Wellenlängenbereich im Ferninfraroten für
spektrale Untersuchungen zugänglich zu machen, der für bodengebundene Teleskope
unerreichbar bleibt.
"Es ist schon erstaunlich, zu sehen, wie gut HIFI arbeitet", sagt Frank
Helmich vom Netherlands Institute for Space Researc (SRON), der
Projektleiter von HIFI. "Wir haben dieses Spektrum mit nur ein paar Stunden
Messzeit erhalten und es schlägt bereits alles, was wir aus anderen
Wellenlängenbereichen kennen. Organische Moleküle sind überall in diesem
Spektrum, und wir finden sie selbst bis hinunter zu schwächsten Spektrallinien -
das zeigt die Genauigkeit von HIFI. Die Entwicklung des Instruments hat acht
Jahre gebraucht, aber die Wartezeit hat sich gelohnt!"
Die Zuordnung der zahlreichen Spektrallinien im Orion-Spektrum zu
Linienübergängen bestimmter Moleküle erfordert ausgefeilte Werkzeuge wie
beispielsweise die Kölner Datenbank für Molekülspektroskopie (CDMS), in der die
Labordaten von hunderten von Molekülen und präzise Linienvorhersagen
zusammengestellt sind. "Die hohe spektrale Auflösung von HIFI zeigt die
atemberaubende Fülle an Molekülen, die trotz der unwirtlichen Bedingungen mit
den Geburtsstätten von Sternen und Planeten einher geht", kommentiert Jürgen
Stutzki, ebenfalls HIFI-Projektleiter von der Universität zu Köln.
Der Herschel-Satellit ist eines der Schlüsselprojekte der
Europäischen Weltraumagentur ESA, mit wissenschaftlichen Instrumenten, die von
unterschiedlichen Konsortien europäischer Institute und der NASA entwickelt
wurden. Eines der drei Instrumente ist HIFI, das Heterodyn-Instrument für den
FernInfrarotbereich, ein überaus empfindliches Spektrometer für Beobachtungen
bei Ferninfrarot-Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums.
Deutsche Forschungsinstitute haben einige der entscheidenden Komponenten zu
HIFI beigetragen. Dazu gehören der Lokaloszillator, der am Max-Planck-Institut
für Radioastronomie in Bonn gebaut wurde, sowie supraleitende Empfänger mit
Empfindlichkeiten nahe an der fundamentalen Grenze, dem Quantenrauschen. Diese
Empfänger, die an der Universität zu Köln gebaut wurden, übertragen die aus der
klassischen Radiotechnik bekannte Heterodyn-Mischertechnik in einen um vier
Größenordnungen höheren Frequenzbereich im Ferninfrarot.
Eine weitere Schlüsselkomponente des HIFI-Empfängers ist ein Akusto-Optisches
Spektrometer (AOS), das von der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit dem
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau gebaut wurde.
Das HIFI-Instrument wurde in internationaler Zusammenarbeit von 25 Instituten
aus 13 verschiedenen Ländern erstellt, unter der Leitung des Instituts für
Weltraumforschung (SRON) in Groningen/Niederlande.
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