special - Carl Zeiss

Dunkle Materie in Spiralgalaxien
Bild 1:
Die PPAK Faserbündel-IFU.
Bild 2:
Das PPAK-Faserbündel mit
sechs kleinen Hilfsbündeln
zur Messung der Helligkeit
des Himmelshintergrunds.
Bild 3:
Aus einer PPAK-Aufnahme
rekonstruiertes Bild der
Spiralgalaxie UGC463
(rechts) im Vergleich zu
einer direkt gewonnenen
Bildaufnahme mit dem
Palomar Schmidt Teleskop
(links). PMAS besitzt mit
der PPAK-IFU gegenwärtig
das weltweit größte
Gesichtsfeld unter allen
3D-Spektrographen.
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Eine der interessantesten und aktuellsten
Fragestellungen in der
Astrophysik ist das Rätsel der
Dunklen Materie. Beobachtungsbefunde
zeigen, dass etwa 90%
der Materie im Kosmos als sogenannte
Dunkle Materie vorliegen.
Diese Hauptkomponente des Universums
leuchtet zwar nicht und
ist daher einer direkten Beobachtung
nicht zugänglich. Sie kann
aber indirekt erschlossen werden,
z.B. durch die Beobachtung von
Rotationskurven ferner Galaxien.
Theoretische Astrophysiker am AIP
entwickeln mit Hilfe modernster
Supercomputer numerische Simulationsrechnungen
zur Strukturbildung
im Universum, die ganz
wesentlich auf dem Vorhanden-
sein von Dunkler Materie aufbauen.
Auf der Beobachtungsseite
hat das PMAS-Team in Zusammenarbeit
mit M. Verheijen, Groningen,
und M. Bershady, Wisconsin,
Messungen in Angriff genommen,
aus denen die Verteilung
der Dunklen Materie in und um
einzelne Galaxien ermittelt werden
soll. Im Fokus der Untersuchungen
stehen die nahegelegenen,
sogenannten „face-on“ Spiralgalaxien,
deren Scheibe in senkrechter
Draufsicht vollständig
sichtbar ist. Bei diesen gut sichtbaren
Objekten soll untersucht
werden, wie genau die Dunkle
Materie innerhalb der Scheibe bis
hinaus in den die Galaxie umgebenden
Halo verteilt ist.
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Die Anwesenheit Dunkler Materie
macht sich durch ihre Gravitationswirkung
auf das dynamische Verhalten
der etwa hundert Milliarden Sterne,
die auf ihren Umlaufbahnen um
das Zentrum der Galaxie kreisen, bemerkbar.
Mit Hilfe der Spektroskopie
des Sternenlichtes und der Verwendung
des Dopplereffekts kann die
Kinematik einer Galaxie vermessen
werden. Die meisten Galaxien außerhalb
der Milchstraße sind allerdings
so weit von uns entfernt, dass die
Sterne nicht mehr einzeln aufgelöst
werden können, sondern zu einer diffus
leuchtenden Lichtverteilung verschwimmen.
Spektroskopie
ausgedehnter
Flächenquellen
Zur Spektroskopie ausgedehnter Flächenquellen
scheint die 3D-Spektroskopie
in idealer Weise geeignet. Sie
bietet gegenüber herkömmlichen Methoden
zwei erhebliche Vorteile: Erstens
können mehrere hundert Spektren
in einem zweidimensionalen Gesichtsfeld
gleichzeitig aufgenommen
werden. Es entfällt somit bei ausgedehnten
Objekten, wie den zu untersuchenden
„face-on“ Galaxien, die
Notwendigkeit einer zeitraubenden
und kostspieligen sequentiellen Abtastung
(scannen). Jeder Bildpunkt
des beobachteten zweidimensionalen
Gesichtsfeldes liefert ein eigenes
Spektrum, d.h. das Licht jedes einzelnen
Punkts der Galaxie wird nach
Wellenlängen zerlegt. Auf diesem
Weg wird die spektrale Information
unmittelbar in Abhängigkeit von ihrer
räumlichen Verteilung aufgezeichnet,
was für die Vermessung der Dunklen
Materie von zentraler Bedeutung ist.
Zweitens ist es möglich, mit Methoden
der digitalen Bildverarbeitung
auch geringste Flächenhelligkeiten
am Rand der Galaxien noch auszuwerten.
Bisher waren selbst die weltweit
größten Teleskope mit den empfindlichsten
Instrumenten nicht imstande,
dieses Beobachtungsproblem
Innovation 16, Carl Zeiss AG, 2005