Submillimeter-Astronomie am Südhimmel

APEX, das „Atacama Pathfinder Experiment“, ein 12-Meter-Teleskop für Wellenlängen im Submillimeterbereich, erfüllt nach seiner Inbetriebnahme alle Erwartungen der Wissenschaftler an Empfindlichkeit und Abbildungsqualität, die für Untersuchungen des „kalten Universums“ nötig sind. Beleg dafür sind 26 Arbeiten zu ersten Ergebnissen von APEX, die gerade in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurden. Die meisten der neuen Forschungsergebnisse betreffen Fragen der Sternentstehung sowie der Astrochemie, wie etwa die erstmalige Entdeckung eines bisher unbekannten interstellaren Moleküls oder die Messung der Radiostrahlung von Kohlenmonoxid bei 0,2 Millimeter Wellenlänge sowie von der Verbindung H ₂D ⁺.

Abb. 1: Das APEX-Teleskop. Das Atacama Pfadfinder Experiment (APEX) - ein 12-Meter-Teleskop für Submillimeter-Astronomie - liefert neue wissenschaftliche Ergebnisse in beeindruckendem Tempo. (Bild: ESO)

Mit APEX und dem 30-Meter-Teleskop von IRAM gelang erstmals die Beobachtung eines geladenen Moleküls, das aus Kohlenstoff und Fluor besteht - des CF ⁺-Ions. Bisher konnte man im Weltall nur eine einzige fluorhaltige Molekülsorte, HF, nachweisen. Das neu entdeckte Ion, das durch eine Reaktion von Kohlenstoff und dem HF-Molekül entsteht, fanden die Radioastronomen in der Nachbarschaft des Orionnebels, einer der nächsten und aktivsten Sterngeburtsstätten unserer Milchstrasse. Diese Entdeckung unterstützt das Verständnis der Astronomen von der interstellaren Fluorchemie und legt nahe, dass das HF-Molekül in interstellaren Molekülwolken weit verbreitet ist.

Eine weitere Premiere, wiederum im Oriongebiet, war die Entdeckung der 0,2 Millimeter-Strahlung von Kohlenmonoxid (CO). Derart kurze Wellenlängen sind für die Forschung eine besondere Herausforderung, weil der Wasserdampf der Erdatmosphäre sie noch stärker absorbiert als die übrigen Wellenlängen im Submillimeterbereich, und weil sie am äußersten Rand des Bereichs liegen, für den APEX konzipiert wurde. Die Entdeckung von CO bei diesen allerkürzesten - von der Erde aus in einem der Submillimeter-„Fenster“ - zugänglichen Wellenlängen bezeugt die hervorragende Qualität des APEX-Teleskops.

Darüber hinaus entdeckten die Wissenschaftler in mehreren kalten Dunkelwolken des Südhimmels die Strahlung eines Moleküls, das aus Wasserstoff und Deuterium (H ₂D ⁺) besteht. Dieses Molekül ist von besonderer interstellarer Bedeutung, weil es noch in extrem kalten Gasen (wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt) auftritt, also bei Temperaturen, unter denen schon fast alle anderen Molekülsorten an der Oberfläche von interstellaren Staubkörnern ausgefroren und deshalb kaum noch zu beobachten sind.

Dies sind aber nicht die einzigen neuen Befunde: Hinzu kommt beispielsweise die Erstbeobachtung von atomarem Kohlenstoff in den so genannten „Säulen der Schöpfung“ im Adlernebel (alias Messier 16) sowie Untersuchungen von Entstehungsregionen massereiche Sterne und eingebetteter heißer Kerne im Submillimeterbereich. Ferner gelang es, die Masse und Energiebilanz molekularer Ausflüsse von hoher Geschwindigkeit zu bestimmen, die von jungen stellaren Objekten in diesen Regionen ausgehen. Systematische Messungen zeigten die besondere Vielfalt der Molekülsorten, die im Submillimeterband zu beobachten sind.

Submillimeterbeobachtungen molekularer Gebiete in der Zwerggalaxie NGC 6822 und der Starburst-Galaxie NGC 253 belegen, dass APEX auch zur Erforschung von extragalaktischen Quellen benutzt werden kann.

Neben diesen astronomischen Studien befasst sich eine Reihe von wissenschaftlichen Beiträgen in der Sonderausgabe mit den technischen Aspekten von APEX, wie etwa dem Teleskop selbst, seiner Software, seinen Empfängern und Spektrometern. Letztere wurden am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und an der Chalmers-Universität in Schweden entwickelt, während der Gastempfänger für 0,2 Millimeter-Strahlung an der Universität Köln gebaut wurde.

Das APEX-Teleskop, das für den Wellenlängenbereich von 0,2 bis 1,5 Millimeter entworfen wurde, bestand im Juli 2005 seine „Science Verification“-Tests mit Erfolg und befindet sich nun im normalen wissenschaftlichen Beobachtungsbetrieb. Es steht auf dem 5100 Meter hohen Chajnantor-Plateau der Atacamawüste in Chile, dem vermutlich trockensten Ort auf der Erde. APEX wird in Kooperation zwischen dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie, der Europäischen Südsternwarte (ESO) und dem schwedischen Onsala Space Observatory betrieben.

Mit seiner extrem genauen und großen Oberfläche bietet APEX an diesem ganz außergewöhnlichen Standort erst- und einmaligen Zugang zu ganz neuen Bereichen in der astronomischen Beobachtung. Millimeter- und Submillimeterastronomie eröffnen faszinierende Möglichkeiten, die Bildung der allerersten Galaxien im Universum und die Entstehungsprozesse von Sternen und Planeten zu studieren. Sie versetzen die Astronomen in die Lage, Chemie und Physik von Molekülwolken, also den dichten Gas- und Staubregionen, in denen neue Sterne entstehen, zu erforschen.

APEX ist zugleich Wegbereiter für das wesentlich größere ALMA-Projekt (Atacama Large Millimeter Array): Es verwendet einen modifizierten Prototypen der ALMA-Antennen und steht am Ort des zukünftigen ALMA-Observatoriums. ALMA soll aus einem riesigen Netzwerk von Dutzenden von 12-Meter-Antennen sein, die bis zu 14 Kilometer voneinander entfernt sind. ALMA soll gegen Ende dieses Jahrzehnts Schritt für Schritt in Betrieb gehen. Dieses Teleskop-Netzwerk wird es ermöglichen, in der Submillimeterastronomie die radioastronomische Technik der Apertursynthese zu nutzen, was eine genaue Abbildung von Objekten auf Skalen unterhalb einer Bogensekunde ermöglicht und auf diese Weise die optischen Beobachtungen des VLT/VLTI-Observatoriums der ESO auf das Beste ergänzen soll.

Quelle: MPG/[KM/AT]

Weitere Infos:

• Sonderausgabe von Astronomy & Astrophysics 454 (2) (1. August 2006) - 26 frei zugängliche Artikel:
  http://www.edpsciences.org/articles/aa/abs/2006/29/contents/contents.html
• APEX:
  http://www.apex-telescope.org
• Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. - MPG:
  http://www.mpg.de
• Europäischen Südsternwarte - ESO:
  http://www.eso.org
• Max-Planck-Institut für Astrophysik, Bonn:
  http://www.mpifr-bonn.mpg.de