Auricher Wissenschaftstage –
Forum einer dritten Kultur
Homepage des European Southern Observatory
Praktikum bei der ESO in München
vom 11. bis zum 22. Oktober 2004
Von André Dirks und Ina Steffens
Wir waren vom 11.10.2004 bis zum 22.10.2004 bei der European Southern Observatory (ESO) in München und haben dort ein Praktikum im Rahmen der Auricher Wissenschaftstage absolviert. Beschäftigt haben wir uns mit der Entfernungsmessung von Supernovae.
Am ersten Tag haben wir erst einmal einen Rundgang durch das Institut gemacht und Informationen über die ESO erhalten. Anschließend hat uns Dr. Bruno Leibundgut, der uns die zwei Wochen betreut hat, etwas über Supernovae erzählt und wir haben uns in die Expansionsgeschichte des Universums, die Hubble-Konstante und die kosmologische Konstante eingelesen.
Am zweiten Tag haben wir Herrn Dr. Bruno Leibundgut zu einer Lehrerfortbildung begleitet, auf der er einen Vortrag zum Thema „Supernovae" gehalten hat.
Am dritten Tag haben wir dann mit unserem Projekt begonnen, eine Schülerübung zum Thema „Entfernungsmessungen von Supernovae" zusammenzustellen.
Dazu mussten wir erst einmal die Daten der Bilder von der Supernova SN2002er und den umliegenden Sternen in ein Bildbearbeitungsprogramm einlesen und die Ausschnitte, die wir für unser Projekt brauchten, heraussuchen. Danach mussten wir die Helligkeit der Supernova bestimmen, indem wir sie mit den umliegenden Sternen verglichen und schätzten, welche Helligkeit die Supernova haben könnte (zwischen den Helligkeiten welcher Sterne liegt die Helligkeit der Supernova). Dann haben wir die Helligkeiten zu den bestimmten Zeiten in ein Koordinatensystem eingezeichnet. Jetzt konnten wir herausfinden, um welchen Faktor X wir die Standardlichtkurve verschieben mussten, um unsere Lichtkurve zu erhalten. Daraus konnten wir den hellsten Punkt der Supernova ablesen.
Anschließend haben wir ein Hubble-Diagramm erstellt. Dazu werden die Rotverschiebung auf der x-Achse und die Distanz zur Supernova auf der y-Achse aufgetragen. Nun kann man die Kurven der Kosmologischen Modelle darüber legen und herausfinden, auf welcher Kurve unsere Messungen liegen. Man erfährt also, ob unser Universum ein leeres, volles, konkordantes oder kosmologisch konstantes Universum ist, also ob sich das Universum verlangsamt ausdehnt oder beschleunigt ausdehnt.
Das Universum dehnt sich seit dem Urknall immer mehr aus. In einem von Materie beherrschten Universum müsste sich die Expansion des Universums aufgrund der Gravitation verlangsamen.
Die Entfernungen, die mit den Supernovae bestimmt wurden, sind aber nicht nur größer als man es in einem durch Materie gebremsten Universum erwarten würde; selbst in einem hypothetischen Fall eines masselosen, also ungebremst expandierenden Universums ergäben sich nicht so große Distanzen zwischen den Supernovae.
Es scheint, als habe sich die Expansion des Universums in den letzten 5 bis 10 Milliarden Jahren sogar noch beschleunigt. Das ist ein paradoxes Ergebnis, da dies nur möglich ist, wenn es im Universum neben der an Materie gebundenen Energie noch eine andere Energieform gibt. Diese Energieform wird auch als kosmologische Konstante bezeichnet.
Ideal für die Messung der Distanzen im Universum sind die Supernovae vom Typ Ia. Für die Distanzmessungen werden sehr leuchtkräftige Objekte benötigt. Die einfachste Methode beruht auf so genannten „Standardkerzen“, d. h. Objekten, die unabhängig von ihrer Position im Universum und ihrem Alter immer die gleiche absolute Leuchtkraft haben. Vergleicht man die gemessene scheinbare Helligkeit einer solchen Standardkerze mit ihrer absoluten Leuchtkraft, kann ihre Distanz relativ einfach gemessen werden. Der Trick besteht darin, gute astronomische Standardkerzen zu finden.
Supernovae vom Typ Ia sind als ideale Kandidaten für Standardkerzen erkannt worden, da ihre absolute Leuchtkraft nur wenig variiert.
Supernovae sind extrem helle Sternexplosionen. Sie sind wichtig für die Entstehung der schweren chemischen Elemente. Die leichten Elemente wurden beim Urknall erschaffen und die mittleren Elemente werden von Sternen erzeugt. Die schweren Elemente aber entstehen in der Supernova. Man muss zwischen verschiedenen Typen von Supernovae unterscheiden. Zum einen gibt es die Supernovae, die durch Sternkollapse entstanden sind (Typ II, Typ Ib/Ic sowie die Hypernovae). Zum anderen gibt es die thermonuklearen Supernovae (Typ Ia Supernovae). Für die Distanzberechnungen werden die Supernovae vom Typ Ia gebraucht.
Die Vorgängersterne der Supernova Ia waren weit entwickelte Sterne (so genannte Weiße Zwerge) mit einer Masse < 8 Sonnenmassen. Die Typ Ia Supernova entsteht nur in einem Doppelsternsystem. Der ausgebrannte weiße Zwerg erhält von einem zweiten Stern neues Brennmaterial. Wenn der Weiße Zwerg genug Material aufgesammelt hat, können im Inneren des Zwergsterns wieder Fusionsprozesse beginnen, die allerdings so energiereich sind, dass der gesamte Stern explodiert.
Am Samstag haben wir dann die Sternwarte der Universität München auf dem Wendelstein besucht. Wir bekamen eine Führung und konnten uns die Teleskope ansehen.