Radio Sky in Color

Die GLEAM-Ansicht (galaktische und extragalaktische himmelsweit Murchison großes Feld Arrays Ansicht) des Zentrums der Milchstraße in Radio-"Farbe". Rot zeigt die niedrigsten Frequenzen an, Grün zeigt die mittleren Frequenzen und Blau die höchsten Frequenzen an.
Der Gesamtfrequenzbereich beträgt 74 - 231 MHz.

Bildnachweis: Curtin University / International Centre for Radio Astronomy Research in Western Australia (ICRAR)

Radioastronomie ist ein Teilgebiet der Astronomie, das Techniken zum Nachweis von Radiophotonen verwendet. Obwohl sie die energieärmsten Photonen sind, stammen diese Photonen oft aus den energiereichsten Prozessen im Universum. Doch neben dem Einblick in die Physik kompakter Objekte beispielsweise geben die Photonen auch Einblick in chemische Prozesse im interstellaren Medium oder die Reliktemission des Urknalls. Allen Anwendungen gemeinsam ist, dass sich Radiowellen nahezu ungehindert durch den Kosmos ausbreiten, eine Eigenschaft, die sie Gravitationswellen ähnelt. Gleichzeitig ist die Anzahl der mit Radioteleskopen empfangenen und detektierten Photonen enorm, was Messungen mit ultrahoher Zeitauflösung ermöglicht, die ein dynamisches Universum auf Zeitskalen von Nanosekunden offenbaren. Infolgedessen sind viele Objekte und Phänomene nur bei Radiowellenlängen sichtbar und bieten eine wichtige und unverzichtbare Ansicht, die andere Multi-Messenger-Beobachtungen ergänzt.

Jets und Multi-Wellenlänge

Das SKA wird große Teile des Universums vermessen und damit direkte Studien darüber ermöglichen, wie sich kosmische Strukturen im Laufe der Zeit entwickelt haben. Von besonderem Interesse sind Fragen, wie supermassive Schwarze Löcher durch Akkretion gewachsen sind und wie die intensive Strahlung, die durch diese Akkretion erzeugt wird, auf die Galaxien, die sie beherbergen, eingewirkt hat.

Kosmischer Magnetismus

Magnetfelder spielen vielfach eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Himmelsobjekten, wie es zum Beispiel die spektakulären Ausbrüche in der Korona der Sonne veranschaulichen. Die Empfindlichkeit bisheriger Teleskope war jedoch nicht ausreichend, um die Entwicklungsgeschichte der kosmischen Magnetfelder aufzuklären. Der enorme Fortschritt der Beobachtungsmöglichkeiten durch das SKA wird es erstmals ermöglichen, die Magnetisierung von der Milchstraße bis hin zu dem Medium das die Galaxien in Filamenten von Galaxien umgibt, im Detail zu studieren. Das SKA wird es daher erstmals ermöglichen, die Entwicklungsgeschichte von Magnetfeldern im Universum aufzudecken.

Einsteins Universum

Durch zahlreiche Experimente glauben wir, dass die beste Beschreibung der Gravitation die der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) von Albert Einstein ist. Hatte Einstein Recht? Gerade mit Hilfe der Radioastronomie lassen sich diese Effekte mit unerreichter Präzision messen, und die Frage letztlich beantworten. Die bisher einzige Methode, Gravitationswellen zu empfangen ist mit Hilfe der Radioastronomie. Hier verwenden wir das SKA und die Pulsare als Galaxie-grosse Arme eines kosmischen Gravitationswellendetektor. Durch dieses Experiment können wir nicht nur die Theorie der Gravitation überprüfen und ggf. verbessern, sondern wir werden auch die Entstehung von Galaxien wie die Milchstrasse viel besser verstehen können.

Zeitliche Variabilität

Im Gegensatz zu dem weitverbreiteten Bild eines ewig unveränderlichen Kosmos ist das Universum extrem dynamisch. Viele Sterne, schwarze Löcher und unbekannte Objekte ändern ihre Helligkeit teilweise sehr schnell, erleiden Explosionen oder zeigen längerfristige Schwankungen der abgestrahlten Energie. Im Radiowellenlängenbereich sind diese Phänomene besonders auffällig. Einige besonders markante Phänomene zeitlicher Variationen, die im Radiowellenlängenbereich entdeckt wurden – wie die Strahlungsausbrüche massereicher schwarzer Löcher – sind Gegenstand intensiver Forschung und sollen mit dem SKA Teleskop besser untersucht werden.

Auf dem Weg zur Präzisionskosmologie

Der jüngste Fortschritt bei der Definition des kosmologischen Standardmodells – bekannt als ΛCDM – wurde von Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) dominiert. Ein breites Spektrum physikalischer Phänomene kann über das ΛCDM Modell hinaus untersucht werden. Dazu gehören der dunkle Sektor, der für die kosmische Beschleunigung verantwortlich ist, massive Neutrinos und die ursprüngliche „Nicht-Gaußigkeit“. Obwohl diese Phänomene durch weitere Beobachtungen des CMB eingeschränkt werden können, ist die Erforschung großräumiger Strukturen, die das Universum bei relativ geringeren Rotverschiebungen abbilden, von wesentlicher Bedeutung, um einige der Degenerationen zu lösen, die den Beobachtungen des CMB innewohnen.

Das kosmische Morgengrauen – Epoche der Reionisierung

Die kosmische Hintergrundstrahlung liefert uns ein Bild des Universums wie es ca. 100,000 Jahre nach dem Urknall ausgesehen hat, man spricht von einem Babyfoto des Universums , welches 13,6 Milliarden Jahre alt ist. Optische und Infrarot Teleskope liefern uns Beobachten bis fast 13 Milliarden zurück. Mit SKA kann man die Lücke zwischen Mikrowellen und optischen Beobachtungen füllen und das Geschehen im Universum zwischen 500,000 Jahren und einer Milliarde Jahre nach dem Urknall beobachten. In diesem Zeitraum kollabierten die ersten Strukturen unter ihrer Schwerkraft und die ersten Galaxien begannen zu leuchten.

Wiege des Lebens

Die Frage nach dem Ursprung des Lebens stellt eine der fundamentalen Fragen der Menschheit dar. Das SKA Projekt untersucht hierbei wie Planeten die Grundlagen für das Leben schaffen.

  • Erklärung der Entstehung von Planeten wie unserer Erde
  • Suche nach Makromoleküle als Bausteine des Leben
  • Untersuchung der Magnetfeldern um Exoplaneten
  • Suche nach außerirdischem Leben