Das diese Woche eröffnete Radioteleskop ALMA in der chilenischen Wüste ermöglicht einen detailreichen Blick in den kalten Weltraum. Österreichische Astronomen zählen zu den intensivsten Nutzern.
Für den Menschen ist das Chajnantor-Plateau in den chilenischen Anden alles andere als eine lebensfreundliche Umgebung: Auf 5000 Metern Seehöhe in einer der trockensten Gegenden der Welt fällt jeder Schritt schwer, alles Lebensnotwendige muss von weit her heraufgekarrt werden. Für die Astronomie gibt es hingegen kaum einen besseren Standort als in der Atacama-Wüste: Nirgendwo sonst auf der Welt ist die Luft derart klar – sie ist kaum von Turbulenzen gestört, die Luftfeuchtigkeit ist äußerst gering, Luft- und Lichtverschmutzung durch menschliche Siedlungen gibt es so gut wie keine. Wobei letzterer Punkt für das „Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array“ (ALMA), das am Mittwoch dieser Woche offiziell eröffnet wurde, nicht so relevant ist: Denn bei ALMA werden Millimeterwellen gemessen – ein Teil des elektromagnetischen Spektrums, das zwischen Infrarotlicht und Mikrowellen bzw. Radiowellen liegt.
Diese Strahlung wird u. a. von kalten Objekten im All ausgesandt: etwa von Wolken aus Gas oder Staub, die nur wenige Grad Kelvin haben – also mit minus 265 bis 270 Grad Celsius nur knapp über dem absoluten Nullpunkt liegen. Der überwiegende Teil der (derzeit bekannten) Materie befindet sich nicht in Sternen, sondern in solchen Wolken. Und in diesen Wolken entstehen neue Sterne – so wie unsere Sonne vor rund 4,5 Milliarden Jahren.
Man stellt sich das heute so vor: Bedingt durch kleine Dichteunterschiede in den Wolken ballt sich mancherorts durch die Schwerkraft Materie zusammen. Der steigende Druck und die Reibung führen zu einer Erwärmung, die dichteren Areale beginnen, elektromagnetische Strahlung im Infrarot- und Submillimeterbereich auszustrahlen. Daher kann ALMA direkt bei der Entstehung neuer Sterne zuschauen – und das in einer bisher unerreichten Auflösung und Empfindlichkeit. Zur Veranschaulichung: Man könnte einen Golfball aus 15 Kilometer Entfernung erkennen.
66 Antennen aus aller Welt. Möglich wurde das durch eine Kooperation von Organisationen aus Europa, Nordamerika und Japan. Die europäische Südsternwarte (ESO) lieferte dabei 25 Antennen, aus den USA kamen weitere 25 und aus Japan 16. Alle haben identische technische Spezifikationen, man kann sie nur anhand von Details im Design – etwa der Form der Bügel, die den Sekundärspiegel tragen – unterscheiden.
Diese Antennen können in unterschiedlichsten Kombinationen zusammengeschaltet werden, je nach Aufgabe können sie auf dem 16 Kilometer großen Plateau versetzt werden. In Summe hat ALMA 1,15 Milliarden Euro gekostet, der Bau wurde im Zeitplan und im Kostenrahmen (inkl. Sicherheitspolstern) fertiggestellt – was bei der internationalen Kooperation mit vielen beteiligten „Köchen“ fast an ein Wunder grenzt. Die Summe inkludiert auch den Bau des Supercomputers „ALMA correlator“, der alle Daten zusammenführt, was die Leistungsfähigkeit der Anlage steigert.
Die Astronomen sind mit diesem gigantischen Gerät jedenfalls live dabei, wenn die Materie immer dichter wird, bis sie infolge der Gravitation in sich zusammenstürzt und bei extremer Hitze und Druck Fusionsreaktionen einsetzen: Ein neuer Stern ist geboren. In Folge wird der glühende Gasball durch Zentrifugalkräfte abgeflacht, dann wird die immer dünner werdende Scheibe um den Äquator herum abgestoßen. Diese Materie ballt sich zu immer größeren Klumpen zusammen, es werden zudem im All herumfliegende Materietrümmer eingefangen – daraus entstehen die Planeten.
Por Jahr ein neuer Stern. Man vermutet, dass sich allein in unserer Milchstraße noch Tausende von Sternembryos und Protosternen befinden, Schätzungen zufolge entsteht in unserer Galaxie jedes Jahr zumindest ein neuer Stern. Solche „Sternenkreißsäle“ sollen in nahen wie fernen Galaxien mit ALMA untersucht werden.
Dabei kommt den Forschern eine weitere interessante Eigenschaft der Millimeter- und Submillimeterstrahlen zugute: Im Gegensatz zu sichtbarem Licht sind Staubwolken für diese Wellenlängen durchlässig – was einen ungehinderten Blick auf die Sternentstehungsgebiete ermöglicht. „Das eröffnet ein neues Fenster“, sagt Sabine Schindler, Astrophysikerin an der Universität Innsbruck.
ALMA ergänzt damit die anderen Observatorien, die die ESO in Chile betreibt, vor allem das „Very Large Telescope“ (VLT) am Paranal, das ebenfalls in der Atacama-Wüste liegt und vorwiegend im sichtbaren Bereich arbeitet. So kann ALMA z. B. einen Blick auf das Zentrum unserer Milchstraße werfen – dieses ist durch dunkle Wolken unsichtbar (was man auch mit freiem Auge wahrnehmen kann).
Alkohol und Zucker im All. Für Schindler besonders interessant ist, dass man mit ALMA nun auch die Verteilung und die chemische Zusammensetzung von molekularem Gas im All bestimmen kann. „Bisher war das kaum möglich“, sagt sie. Im Weltall gibt es neben den chemischen Elementen – Wasserstoff und Helium sowie Kernfusionsprodukten wie Kohlen-, Sauer- und Stickstoff, Silizium oder Eisen – auch viele organische Moleküle. Gefunden wurden bereits Kohlenmonoxid, Alkohol, aber auch komplexere Moleküle wie Zucker oder Aminosäuren. Mit ALMA hat man nun das am weitesten entfernte Wasser im Universum entdeckt, wie Astronomen erst diese Woche berichteten.
Schindlers Gruppe hat bereits einen Antrag auf Beobachtungszeit bei ALMA für die Messung von molekularen Gasen in Galaxien gestellt – bisher aber ohne Erfolg. Denn der Ansturm auf das neue Observatorium ist gewaltig: Im europäischen Kontingent waren die ersten Ausschreibungen zwölffach überzeichnet. In den USA ist das neue Riesenobservatorium offenbar noch nicht so beliebt: Dort wurden „nur“ fünfmal so viele Anträge gestellt, als bewilligt werden konnten.
Dennoch sind österreichische Astronomen bei der „Early Science“ an ALMA überdurchschnittlich erfolgreich. So konnte etwa der Wiener Astronom Franz Kerschbaum schon im Herbst des Vorjahres von einem ungewöhnlich heftigen Ausstoß von Material aus einem „roten Riesen“ berichten. Zudem fand er, dass sich die Wolken spiralförmig um das gealterte Gestirn anordneten.
ALMA ist aber auch noch für ein weiteres Gebiet der Astronomie wertvoll: Denn mit ihm kann man tief in den Weltraum hinein und damit weit in die Vergangenheit zurückschauen. Denn je älter ein Stern ist, umso schneller bewegt er sich von der Erde weg und umso weiter ist sein Licht in Richtung Rot verschoben – der Grund dafür ist der „Doppler-Effekt“, den man von vorbeifahrenden Rettungsautos kennt.
Bei sehr alten Galaxien rutscht diese „Rotverschiebung“ aus den sichtbaren Wellenlängen in den Infrarot- und Submillimeterbereich. Erste Ergebnisse von Messungen mit ALMA wurden diese Woche im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht: Demnach entstanden die ersten Sterne schon um eine Milliarde Jahre früher als bisher angenommen – also schon zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall.
„Die Presse“ besuchte ALMA auf Einladung des BMWF. »
("Die Presse", Print-Ausgabe, 17.03.2013)