Ein internationales Team von über 200 Astronomen aus 18 Ländern hat eine neue Radio-Himmelskarte von bisher unerreichter Empfindlichkeit präsentiert. Die Durchmusterung wurde mit dem Radioteleskop-Netzwerk Low Frequency Array (Lofar) erstellt und ermöglichte unter anderem die Entdeckung von Hunderttausenden bisher unbekannten Galaxien. Außerdem werfen die Beobachtungen, die im Rahmen einer Sonderausgabe der Fachzeitschrift "Astronomy & Astrophysics" präsentiert werden, ein neues Licht auf Schwarze Löcher, interstellare Magnetfelder und Galaxienhaufen.

1.900 Kilometer große Schüssel

Lofar ist ein riesiges europäisches Netzwerk von Radioteleskopen, die über ein Hochgeschwindigkeits-Glasfasernetz miteinander verbunden sind und deren Messsignale zu einem einzigen Signal kombiniert werden. Leistungsstarke Supercomputer verwandeln 100.000 Einzelantennen in eine virtuelle Empfangsschüssel mit einem Durchmesser von 1.900 Kilometern. Lofar arbeitet in den bisher weitgehend unerforschten Frequenzbereichen zwischen etwa 10 bis 80 Megahertz und 110 bis 240 Megahertz. Es wird von der Forschungseinrichtung Astron in den Niederlanden gesteuert und gilt als das weltweit führende Teleskop seiner Art.

Die wichtigsten Ergebnisse

Mit Hilfe von Lofar haben Wissenschafter eine neue Himmelskarte erstellen, auf der Hunderttausende Galaxien, von denen man bisher noch nichts wusste, nachgewiesen werden konnten. Die Sterneninseln befinden sich großteils in extrem weiter Entfernung, ihre Radiosignale haben Milliarden von Lichtjahren überbrücken müssen, um die Erde zu erreichen. Zudem ermöglichen Radiowellen kosmische Phänomene zu erforschen, die im für Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich nicht beobachtet werden können.

Schwarze Löcher

So lässt sich mit dem Radioteleskop auch Strahlung aus der Umgebung von Schwarzen Löchern erkennen. Meist handelt es sich um supermassive Schwarze Löcher, die Millionen Mal mehr Masse besitzen als die Sonne. Wenn Gas auf Schwarze Löcher fällt, stoßen sie Materialstrahlen ‒ sogenannte Jets ‒ aus, die bei Radiowellenlängen sichtbar sind. Aufgrund der bemerkenswerten Empfindlichkeit von Lofar konnten die wissenschaftlichen Teams jetzt zeigen, dass diese Jets in jeder riesigen Galaxie vorhanden sind und dass Schwarze Löcher ständig wachsen.

"Mit Lofar wollen wir herausfinden, welchen Einfluss die Schwarzen Löcher auf die Galaxien haben, in denen sie sitzen", sagt Marcus Brüggen, Astrophysiker an der Universität Hamburg. Außerdem hoffen die Forscher auf Hinweise darauf, woher diese gigantischen Schwerkraftmonster überhaupt kommen.

Kosmische Magnetfelder

Mit der Radiostrahlung, die Lofar empfängt, können zudem kosmische Magnetfelder gemessen werden. So haben Forscher aus Deutschland die Magnetfelder in den Halos (Hüllen) von Galaxien vermessen. Sie konnten zeigen, dass sich auch zwischen Galaxien enorme magnetische Strukturen befinden. Damit konnten theoretische Vermutungen bestätigt werden. "Lofar liefert Hinweise, dass der gesamte Raum zwischen den Galaxien magnetisch sein könnte", so Rainer Beck vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.

Verschmelzende Galaxienhaufen

Durch die Vereinigung zweier Galaxienhaufen werden Radioemissionen ‒ sogenannte Radiohalos ‒ mit einer Größe von Millionen von Lichtjahren erzeugt, wie Amanda Wilber von der Sternwarte der Universität Hamburg erläutert: "Radiohalos werden von extrem schnellen Elementarteilchen hervorgerufen. Mit Lofar können wir erforschen, welche kosmischen Beschleuniger diese Teilchen erzeugen und was diese antreibt."

"Wenn Galaxienhaufen verschmelzen, entstehen riesige Stoßwellen. Mit Lofar können wir deren Radioemission aufspüren und lernen dadurch viel über das Gas am Rand der gigantischen Galaxienhaufen", ergänzt Matthias Hoeft von der Thüringer Landessternwarte Tautenburg.

Gigantische Datenmengen für qualitativ hochwertige Bilder

Die Erstellung von Radiohimmelskarten mit niedriger Frequenz bedarf sowohl beträchtliche Teleskop- als auch Rechenzeit und erfordert die Analyse der Daten durch große Teams. Lofar produziert gigantische Datenmengen ‒ wir müssen das Äquivalent von zehn Millionen DVDs verarbeiten. Dies stellt höchste Ansprüche an Soft- und Hardware und ist nur durch ein internationales und interdisziplinäres Team möglich", sagt Dominik Schwarz von der Universität Bielefeld und Repräsentant Deutschlands beim Steuerungsgremium von Lofar.

Die 26 nun in einer Sonderausgabe von "Astronomy & Astrophysics" veröffentlichten Arbeiten basieren auf nur etwa zwei Prozent der mit Lofar geplanten Beobachtungen. Die Wissenschafter wollen nun die gesamte nördliche Himmelskugel kartieren. Sie erwarten letztendlich rund 15 Millionen Radioquellen zu finden. (red, 19.2.2019)