Astronomen stehen auf 3D


Vor einigen Wochen fand zwischen dem 10. bis 13. Juni 2008 auf dem Forschungsgelände in Garching bei München  ein Kongress unter dem Titel „Gas and Stars in Galaxies - A Multi-Wavelength 3D Perspective“ statt. Etwa 150 Wissenschaftler aus der ganzen Welt, darunter auch einige Kollegen vom Max-Planck-Institut für Astronomie aus Heidelberg so wie auch ich, nahmen an dieser Tagung teil. Es ging dabei um astronomische Beobachtungen in drei Dimensionen. Diese Konferenz organisierten Astronomen der ESO in Garching mit Unterstützung des europäischen Netzwerks „RadioNet“.

Wissenschaftler stellten neueste Forschungsergebnisse auf dem Gebiet von Galaxien und Quasaren sowohl im lokalem als auch im jungem Universum vor. Darüber hinaus  erfuhren die Konferenzteilnehmer mehr über im Moment verwendete als auch zukünftige Instrumente wie zum Beispiel das Großprojekt ALMA (Abbildung links), ein sich im Bau befindliches Millimeter-Interferometer (siehe auch den Blogbeitrag von Leonard Burtscher). Das die Forschungsergebnisse aus allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrum stammten, bereichert dieses Treffen führender Wissenschaftler auf diesem Gebiet sehr. Den Veranstalter gelang es sehr gut eine breite Palette von Themen bezüglichen Astronomie in 3 Dimensionen zusammenzustellen.

 

Diese Technik ist schon seit langer Zeit ein wichtiger Bestandteil der Radioastronomie. Aufgrund neuer Technologien hat die 3D Technik seit Mitte/Ende der 90er Jahre nun auch den Einzug in die optische und nahe Infrarot-Astronomie gehalten. Mit 3D-Beobachtungen ist es möglich gleichzeitig Informationen in den beiden räumlichen Himmelsdimensionen (Rektaszenion und Deklination) als auch in spektraler Richtung (Wellenlänge) zu gewinnen. Vereinfacht gesagt bedeutet das, dass die Wissenschaftler für jeden Bildpunkt am Himmel (Größe durch die Instrumentation definiert) auch eine spektrale Informationen gewinnen. Dies ermöglicht es den Forscher auch die Bewegung von Sternen und Gas in extragalaktischen Objekten zu messen.
 
 
Optische und Nahinfrarot-Astronomie - aus Vortrag von Eric Emsellem (Observatorium Lyon): Unterschied zwischen Langspalt und 3D-Spektroskopie. In der oberen Abbildung sind die typischen Schritten der so genannenten Langspaltspektroskopie, aus der die Forscher nur Information in einer räumlichen Dimensionen gewinnen, dargestellt. In der unteren Abbildung wird für den optischen 3D-Spektrographen GIRAFFE AM VLT gezeigt, dass für jeden vordefinierten Bildpunkt (kleines hellblaues Kästchen) ein Spektrum gemacht wird und so insgesamt  pro Galaxie 20 Spektren (aus verschiedenen Regionen der Galaxien) dem Astronomen zur Analyse zur Verfügung stehen.

 
Bei Galaxien gewinnen die Forscher dabei Informationen über Rotationseigenschaften einzelner Regionen in einer Galaxie als auch deren Geschwindigkeitsfelder. Materieausflüsse können dadurch sehr gut erkannt und studiert werden. Diese Technologie wird auch bald in der Weltastronomie an Bord vom Infrarotsatelliten Herschel (Instrument PACS) zum ersten Mal angewendet.

3D-Datensatz aus der Radioastronomie - aus Vortrag von John E. Hibbard vom North American ALMA Science Center (NAASC/NRAO). Links sind die drei Dimensionen - Rektazension, Deklination und Geschwindigkeiten - und recht das extrahierte eindimensionale Spetkrum zu sehen.  

 

 

Während der vier Tage  hörten wir insgesamt um die 75 Vorträge, die durchweg sehr lehrreich waren. Übersichtsvorträge von 25 Minuten wechselten sich mit Vorstellungen von Forschungsergebnisse von 15 Minuten ab. Des weiteren gab es so genannte Kurzvorträge von fünf Minuten die anstatt von Postern gehalten wurden. Einige Astronomen stellten auch Simulationen und Modellen zu Beobachtungen vor.

Geschwindigkeitsfelder von hochrotverschobene Galaxien (z~2) vom SINS-Survey - aus Vortrag von Nicolas Bouche (MPE). Aufnahmen wurden mit dem nahinfraroten 3D-Spektrographen SINFONI, der sich am VLT befindet, gemacht. 

 

Die 3D Spektroskopie kann unter anderem folgende Themengebiete in der extragalaktischen Astronomie abdecken: (1) interstellares Medium in  verschmelzenden bzw. wechselwirkenden Galaxien; (2) Füllung von Aktiven Galaktischen Kernen (Schwarze Löcher) mit Treibstoff; (3) Rotationseigenschaften des Gases und der Sterne von lokalen als auch weit entfernten Galaxien und Quasaren.

Geschwindigkeitsfeldern von Quasaren (in der Mitte jedes Bildkästchens) bei Rotverschiebung z=4.1 (Abbildung oben) und z=4.4 (Abbildung unten). Die Beobachtungen führten die Wissenschaftler mit dem Radiointerferometer VLA (Very Large Array) durch. In jeder Abbildung zeigt ein Bildchen die Verteilung des Gases Kohlenmonoxid (CO) bei einer bestimmten Geschwindigkeit. Von links nach rechts ist der Unterschied pro Bildchen 40 km pro Sekunde. Die obere Abbildung zeigt einen so genannenten Einsteinring - das Licht des Quasars bei z=4.1 wird durch eine Gravitationslense so abgelenkt, dass ein Einsteinring entsteht, siehe auch zu Gravitationslinsen und Einsteinringe meinen Blogbeitrag "67 natürliche Teleskope in COSMOS entdeckt". Die beiden Abbildungen stammen aus dem Vortrag von Fabian Walter (MPIA) und sind von Riechers, Walter et al. 2007 und 2008 veröffentlich worden.

 

Im Falle der Bestimmung von Rotationsgeschwindigkeit des Gases ist es möglich die dynamische Masse dieser Galaxien abzuleiten und mit der stellaren Masse zu vergleichen. Zur dynamischen Masse trägt ja auch die dunkle Materie bei.

 
Mein Interesse an 3D-Beobachtungen und seiner komplexen Beobachtungstechnik liegt in unseren Beobachtungen von molekularem Gas in gewöhnlichen Galaxien im jungen Universum, die ich auch hier in einem früherem Blogbeitrag „Sternentstehung auf breiter Front im frühen Universum“ vorstellte. Kürzlich führten wir weitere Beobachtungen mit dem Millimeter Interferometer Plateau de Bure (PdBI) mit höherer Auflösung durch. Das Ziel ist zum einen das molekularen Gas in den untersuchten Galaxien aufzulösen und zum anderen mögliche Rotationsbewegungen des molekularen Gases nachzuweisen. Dabei verwenden wir das sehr giftige Molekül Kohlenmonoxid mit dem dadurch indirekt molekularer Wasserstoff nachgewiesen werden kann. Aufgrund der Eigenschaften des Wasserstoffmoleküls ist ein direkter Nachweis im Millimeter-Berech leider nicht möglich. Während dieser Konferenz hatte ich auch die Gelegenheit in einem Vortrag unsere aktuellen Forschungsergebnisse vorzustellen. In der Forschung ist es nicht nur wichtig seine Ergebnisse zu publizieren sondern auch hin und wieder internationale Konferenzen zu besuchen, Forschungsergebnisse vorzustellen und mit Wissenschaftlern  - auch kontrovers - zu diskutieren. So eine Konferenz ist auch eine erstklassige Möglichkeit bestehende Kollaborationen zu pflegen und zu vertiefen, aber auch Kontakte zu knüpfen und neue Zusammenarbeiten zu beginnen.

 

Sehr gut gefiel mir auch eine Reihe von Vorträgen von Forschern die sich mit Werkzeugen und Software beschäftigen, die zur Analyse von astronomischen Daten verwendet werden. Dabei stach ein Vortrag vom Krebsforscher Professor Neb Duric von der Wayne State Universität, der am Barbara Ann Karmanos Krebsforschungsinstitut und Klinik  in Detroit arbeitet, hervor. Interessanterweise war er vorher jedoch Astronomie-Professor an der Universität in New Mexico. Er schrieb auch ein extragalaktischen Lehr- und Fachbuch ("Advanced Astrophysics"). September 2004 wechselte er von der astronomischen in die medizinische Forschung und ist seitdem in der Krebsforschung tätig. Um Tumore zu entdecken verwendet sein Forschungsteam Analysetechniken die ähnlich zu denen der 3D-Astronomie sind. Bei der Tomographie gewinnt man dreidimensionale Datensätze (Höhe, Breite, Tiefe) des menschlichen Körpers. In der 3D-Astronomie sind die Datensätze ja auch dreidimensional. Aber auch Experten der Bildverarbeitung und -darstellung kamen zu Wort und gaben neue Denkanstöße. Dabei beeindruckte mich ein Vortrag von Chris Fluke von der Swinburne University of Technology, Australien. Er zeigte, dass es seit dem letzten Jahr auch möglich ist 3-dimensionale Daten in PDF Files darzustellen und es auch seit kurzem Displays gibt um die Daten in 3D – natürlich mit einer 3D-Brille – anzuschauen..

Abbildungen aus der Medizin und Astronomie. Ist klar welche Abbildungen entweder aus der Astronomie oder Medizin stammen? - aus dem Vortrag von Neb Duric.

 

Chris Fluke betrachtet astronomischen 3D-Daten an einem speziellen 3D-Display.

 

 

Die Konferenz endete mit einer sehr schönen Zusammenfassung des am Observatorium Paris-Meudon (OBSPM) arbeitenden amerikanischen Astronomen Matt Lehnert. In einer halben Stunde gelang es ihm sehr gut die wichtigsten Ergebnisse aber auch neu aufkommende Fragestellungen dieser Konferenz zu besprechen. Abschließend ist zu sagen, dass diese Konferenz ein voller Erfolg sowohl für die Konferenzteilnehmer als auch für die Veranstalter war.

   

Bis zum nächsten Blog,

Euer Helmut Dannerbauer

 

 

Quelle:

[1]: Webpage der Konferenz

 

Einen Kommentar schreiben


+ 7 = dreizehn