Kosmische Einblicke: Astronomen haben hunderttausende zuvor unbekannter Galaxien entdeckt. Sichtbar wurden sie in den ersten Daten der bisher umfangreichsten Himmelskartierung im Radiowellenbereich. Der europaweite Teleskopverbund „Low Frequency Array“ (LOFAR) hat dafür den Himmel in einem bisher wenig erforschten Wellenbereich abgetastet. Neben den neuen Galaxien enthüllt die Himmelskartierung auch neue Details unter anderem zu Schwarzen Löchern und interstellaren Magnetfelder.

Wer ein vollständiges Bild des Kosmos bekommen will, muss ihn in möglichst allen Wellenlängen beobachten – nicht nur im sichtbaren Licht. Denn viele Phänomene manifestieren sich nur in energiereicher Röntgen- oder Gammastrahlung, andere dagegen werden erst im langwelligeren Infrarot- und Radiobereich beobachtbar. Dies gilt gerade für weit entfernte oder von Staub verdeckte Galaxien, Schwarze Löcher oder Sternexplosionen.

100.000 Einzelantennen kombiniert

Eine der bisher umfangreichsten Himmelsdurchmusterungen im Radiobereich führen Astronomen zurzeit mit dem „Low Frequency Array“ (LOFAR) durch. In diesem Teleskopverbund sind rund 100.000 Einzelantennen in ganz Europa mittels Glasfaserleitungen zu einem virtuellen Teleskop von 1.900 Kilometer Durchmesser zusammengekoppelt. Dieses kartiert den Himmel der Nordhalbkugel im bisher wenig erforschten Frequenzbereich von 120 bis 168 Megahertz.

LOFAR-Kartierung der Spiralgalaxie M51. © Tim Shimwell/ LOFAR Surveys Team

Die Erstellung von Radiohimmelskarten mit niedriger Frequenz erfordert beträchtliche Teleskop- und Rechenzeit: „LOFAR produziert unglaubliche Datenmengen ‒ wir müssen das Äquivalent von zehn Millionen DVDs verarbeiten“, erklärt Dominik Schwarz von der Universität Bielefeld. „Dies stellt höchste Ansprüche an Soft- und Hardware und ist nur durch ein internationales und interdisziplinäres Team möglich.“

Die Ergebnisse der ersten Datenauswertung haben die Astronomen nun veröffentlicht – sie füllen eine ganze Sonderausgabe der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“. Die neue Himmelskarte deckt rund 424 Quadratgrad des Himmels ab – das entspricht rund zwei Prozent des geplanten Surveys. Doch schon in diesem Ausschnitt detektierte der Teleskopverbund knapp 325.700 Radioquellen. „Die Dichte der Radioquellen ist damit in dieser Karte um das Zehnfache höher als bei den sensitivsten bisher existierenden Radiospektrum-Surveys mit großem Himmelsausschnitt“, erklären die LOFAR-Forscher.

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Hunderttausende Galaxien in neuem Licht

Unter den neukartierten Quellen sind hunderttausende zuvor unbekannter Galaxien, wie die Astronomen berichten. Viele dieser Galaxien liegen extrem weit entfernt, so dass ihre Radiostrahlung Milliarden von Lichtjahren zurücklegen musste, um die Erde zu erreichen. Die Radiostrahlung enthüllt auch, dass sich zwischen vielen Galaxien enorme magnetische Strukturen befinden. Diese kosmischen Magnetfelder sind schon länger theoretisch vorhergesagt, aber erst mit LOFAR werden sie nun umfassend kartiert.

Die hohe Auflösung der neuen Radio-Himmelskarte enthüllt aber nicht nur neue Objekte: Sie ermöglicht es auch, viele Radioquellen ihren Gegenparts in anderen Wellenbereichen zuzuordnen. „Solche Multiwellenlängen-Surveys werden unser Verständnis der Radioquellen im Universum revolutionieren „, erklären die Forscher. Denn die Kombination von Beobachtungen in verschiedenen Wellenlängen enthüllt Prozesse und Zusammenhänge, die in nur einem Strahlenbereich verborgen bleiben.

Schwarze Löcher und Materiejets

Ein weiterer Schwerpunkt der LOFAR-Durchmusterung sind massereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien: „Mit LOFAR wollen wir herausfinden, welchen Einfluss die Schwarzen Löcher auf die Galaxien haben, in denen sie sitzen“, erklärt Marcus Brüggen von der Universität Hamburg. Die neuen Daten sollen klären helfen, wie die Wechselwirkung von Wirtsgalaxie und Schwarzem Loch die Entwicklung beider beeinflusst.

Auch zum Verhalten dieser Schwerkraftgiganten könnten die Radiodaten mehr verraten. Denn wenn diese Schwarze Löcher Materie einsaugen, entstehen gebündelte Jets aus beschleunigten Teilchen, die vor allem im Radiobereich sichtbar sind. Mithilfe der LOFAR-Daten haben die Astronomen nun festgestellt, dass solche Jets in jeder großen Galaxie vorhanden sind – auch in unserer Milchstraße, wie Forscher erst vor Kurzem herausfanden.

„Vielversprechender Anfang“

„Schon die ersten Ergebnisse des LOFAR-Surveys umfassen eine breite Palette von meist extragalaktischen Themen – von der Physik aktiver Galaxienkerne bis zu intergalaktischen Magnetfeldern, vom interstellaren Medium bis zu Galaxienhaufen“, konstatieren Françoise Combes und ihre Kollegen in einem Kommentar. „Obwohl dies erst ein kleiner Ausschnitt dessen ist, was noch kommen wird, weist er schon auf das große Potenzial des gesamten Surveys hin.“ (Astronomy & Astrophysics, 2019; Volume 622)

Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Universität Hamburg, Ruhr-Universität Bochum

19. Februar 2019

- Nadja Podbregar