Die galaktischen Geschwister der Milchstraße verstehen

Das internationale Projekt zur Himmelsdurchmusterung CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area) hat jetzt neue Daten mit bisher unerreichter Detailfülle für 100 Galaxien veröffentlicht. Die Daten wurden mit dem am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) gebauten Integral-Feldspektrographen PMAS aufgenommen und eröffnen neue Perspektiven für wissenschaftliche Untersuchungen. Zeitgleich wurde eine Beschreibung der Daten veröffentlicht. Auch wenn die Hauptzielgruppe professionelle Astronomen sind, kann sich im Prinzip jeder Interessierte die Daten aus dem Netz herunterladen.

„Ein Traum wird wahr" so Sebastián Sánchez, CALIFA-Projektleiter. „Als wir vor fünf Jahren das erste Mal über CALIFA nachdachten, schien die Veröffentlichung eines solchen Datensatzes geradezu unerreichbar – und jetzt ist es soweit! Wir hoffen und erwarten, dass unsere Daten von der wissenschaftlichen Gemeinschaft entsprechend genutzt werden.“

Galaxien sind hochkomplexe Systeme aus Sternen, Gas und weiteren Bestandteilen (allen voran der mysteriösen „Dunklen Materie”). Die Entwicklungsgeschichte jeder Galaxie hat sichtbare und messbare Spuren in eben diesen Bausteinen hinterlassen. CALIFA, das am Calar Alto-Observatorium im Süden Spaniens beheimatet ist, konzentriert sich auf die Analyse der Galaxien im nahen Universum und will ihnen so ihre Geheimnisse entlocken.

Um dies zu erreichen nutzt CALIFA die Integral-Feldspektroskopie (IFS) auch abbildende Spektroskopie genannt. Andere für Beobachtungskampagnen eingesetzte Verfahren sind der IFS-Technologie klar unterlegen, da sie zwar detaillierte Informationen über die räumliche Ausdehnung (Photographie) oder über detaillierte physikalische Eigenschaften für einen Punkt (Spektroskopie) von Galaxien ermitteln können, jedoch nicht in der Lage sind, diese Informationen parallel zu gewinnen. Mit IFS können hingegen durch eine Kombination aus Faseroptiken und klassischen Technologien an verschiedenen Punkten der Galaxie zeitgleich Spektren aufgenommen werden. CALIFA wird nach Abschluss der kompletten Beobachtungskampagne die größte Himmelsdurchmusterung sein, die diese Technologie nutzt.

Der für die CALIFA-Durchmusterung eingesetzte Spektrograph PMAS besteht aus über 350 optischen Fasern, die ein bis zu einer Bogenminute großes Feld abdecken können. Dies entspricht der Größe einer 1 Euro Münze in 80 Meter Abstand oder ziemlich genau der typischen Größe von Galaxien am Himmel. Dies ermöglicht es den Wissenschaftlern Galaxien mit nur einer Aufnahme räumlich und physikalisch vollständig zu vermessen.

Mithilfe der gewonnenen Daten sollen Karten der Galaxieneigenschaften wie Geschwindigkeit, Sternalter oder chemische Zusammensetzung angelegt werden. Die Forscher erhoffen sich dadurch neue Erkenntnisse über Streitfragen im Zusammenhang von Strukturen und Entwicklungsgeschichte der Galaxien. So wird beispielsweise erwartet, dass die neuen Daten Aussagen darüber ermöglichen, welche Prozesse die Galaxienentwicklung vorantreiben, wie und wo die chemischen Elemente entstehen, die Leben auf der Erde erst ermöglichen oder welche Phänomene sich bei Galaxienkollisionen beobachten lassen.

„Was CALIFA leistet ist atemberaubend“ sagt Jakob Walcher vom AIP und zuständig für die wissenschaftliche Koordinierung im CALIFA-Projekt. „Wir können nicht nur lokale Prozesse der Galaxienentwicklung an verschiedenen Orten analysieren, sondern auch übergreifende Eigenschaften von Galaxien untersuchen – beides war in dieser Detailtiefe vor CALIFA nicht möglich. So können wir nun zum Beispiel die Verteilung der stellaren Masse und der chemischen Elemente genau kartieren. Die Gesamt-Durchmusterung wird uns im nächsten Schritt dann die Möglichkeit geben, Vergleiche zwischen unterschiedlichen Galaxientypen zu ziehen.“

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) hat als Projektpartner von CALIFA den Integral-Feldspektrographen PMAS gebaut und trägt durch seine Beiträge zur Kalibration und Analyse der Daten sowie zur Steuerung des Gesamtprojekts maßgeblich zum Erfolg von CALIFA bei. Wissenschaftler des AIP werden zudem die wissenschaftliche Nutzung der gewonnen Daten intensiv mitgestalten.

Das Calar Alto-Observatorium wird gemeinsam durch das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und das Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) in Granada betrieben. 250 garantierte Beobachtungsnächte auf drei Jahre verteilt sichern CALIFA die Nutzung des 3,5 Meter Zeiss-Spiegels. Insgesamt arbeiten 80 Projektmitarbeiter aus 13 Nationen und aus 25 Forschungseinrichtungen im CALIFA-Projekt zusammen.