SOWAS:Astrophysik

Im Folgenden erhaltet ihr Informationen zum aktuellen SOWAS-Projekt im Bereich Astrophysik: Dunkle Materie in der Milchstraße und darüber hinaus. Wie ihr euch anmelden könnt, erfahrt ihr im entsprechenden Abschnitt.

Die Intention

Ziel des astrophysikalischen SOWAS-Praktikums ist es, euch mit einer anspruchsvollen, aber doch überschaubaren Aufgabe an eine wissenschaftliche Fragestellung mit aktuellem Hintergrund heranzuführen, die ihr dann selbständig bearbeiten sollt. Dazu stehen euch im Prinzip die gleichen Mittel zur Verfügung, die auch im realen Astronomen-Alltag zum Einsatz kommen. Allerdings sind diese so vielfältig und für den Einsteiger erst einmal wenig überschaubar, sodass für das im Folgenden vorgestellte Projekt einige Vereinfachungen vorgenommen wurden, damit ihr in der zur Verfügung stehenden Zeit garantiert ein brauchbares Ergebnis erzielen könnt. Innerhalb dieser Grenzen seid ihr jedoch dazu angehalten, eigenständige Lösungsstrategien für das gestellte Problem zu entwickeln, die aus der gegebenen Datenlage das beste Resultat extrahieren. Dazu gehören sowohl die Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen des Untersuchungsgegenstandes, das Vertraut machen mit dem experimentellen Aufbau und die Beherrschung grundlegender computergestützter Analysemethoden.

Das Projekt

Fritz Zwicky

Im ersten SOWAS-Astrophysik-Projekt dreht sich alles um das große Thema Dunkle Materie. Bereits 1933 brachte der bedeutende schweizer Astronom Fritz Zwicky Argumente für das Vorhandensein einer Form von Materie vor, die sich ausschließlich aufgrund ihrer gravitativen Wechselwirkung bemerkbar machte, jedoch in keinem Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung detektiert werden konnte, weshalb sich der Name "Dunkle" Materie für dieses Phänomen etablierte. Der Dunklen Materie sollt ihr während eurer Arbeit näher kommen, ihr Vorkommen in der Milchstraße und auch außerhalb unserer Heimatgalaxie untersuchen. Der Ansatz, dies zu tun, ist dabei ganz ähnlich dem von Fritz Zwicky: Dunkle Materie kann ausschließlich über ihre Gravitation detektiert werden, als Emitter von elektromagnetischer Strahlung sollte sie nicht auftreten. Für diese Detektion sollt ihr zwei verschiedene astrophysikalische Phänomene nutzen; die Rotation unserer Galaxie und den Gravitationslinseneffekt. Beide bieten die Möglichkeit, eine Aussage über die gravitativ wirkende Masse und die tatsächlich sichtbare Masse zu treffen, ihr Verhältnis zu quantifizieren und daraus auf die Existenz Dunkler Materie als einen Erklärungsansatz für die Beobachtungsbefunde zu schließen. Diesen Schluss sollt ihr mit diesem Projekt nachvollziehen.

Der Cosmic Horseshoe

Die Werkzeuge

Im Rahmen des astrophysikalischen SOWAS-Praktikums sollt ihr nicht nur selbstädniges wissenschaftliches Arbeiten kennenlernen, sondern euch auch mit astronomischen Arbeitstechniken vertraut machen. Dazu gehören sowohl das aktive Beobachten mit einem Teleskop als auch die Verwendung von bereits früher gewonnenen Daten aus den zahlreichen Archiven der großen Observatorien.

Eigene Datennahme

Selbst Daten an einem Teleskop zu gewinnen, ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Die Beobachtung muss geplant, anhand dieser Planung akkurat durchgeführt und anschließend ausgewertet werden.

Das AIRUB-Radioteleskop

Um dies zu erlernen, steht euch das Radioteleskop des AIRUB zur Verfügung. Gerade für den Gebrauch im Rahmen eines Praktikums ist es bestens geeignet, da Radiobeobachtungen wetter- und nachtunabhängig sind. Außerdem ist die Software zur Steuerung des Teleskops darauf optimiert, noch nicht teleskoperfahrenen Beobachtern einen einfachen Start in das Arbeiten mit computergesteuerten Teleskopen zu ermöglichen. Darüber hinaus stellt die Radioastronomie einen immer wichtiger werdenden Teil der Astrophsik dar. So halten über die ganze Welt zusammen geschaltete Radioteleskope im Interferometerbetrieb den gegenwärtigen Rekord an Auflösungsvermögen. Die Ruhr-Uni ist daher stolz, ihren Studenten als eine von zwei deutsche Universitäten auch eine praktische Ausbildung im Bereich Radioastronomie anbieten zu können.

Nutzung von Archivdaten

Das Hubble Teleskop

Das Sloan Teleskop

Dank der großen Surveyprojekte der letzten Jahre und Jahrzehnte steht ein enormer Schatz an astronomsichen Daten auf den Servern der großen Observatorien der Welt bereit, der zu weiten Teilen von jedermann genutzt werden kann. Im Rahmen eures SOWAS-Projektes sollt ihr Daten des Hubble Space Telescope (HST) und des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) nutzen, um die Eigenschaften von Gravitationslinsen und so die der Dunklen Materie zu studieren. Da selbst die größten zusammenhängenden Gravitationslinsen, die bisher im Universum gefunden wurden, eine Winkelausdehnung von nur einigen Bogensekunden (1 Bogensekunde = 1/3600 Grad) haben, sind sie in wissenschaftlich nutzbarer Qualität nur von modernen Großteleskopen beobachtbar, dafür aber in erstaunlich guter Qualität. Das Studium ihrer Masse auf der einen und ihrer Leuchtkraft auf der anderen Seite gibt euch einen Eindruck vom Vorkommen der Dunklen Materie auch außerhalb unserer Galaxie.

Formalia und Anmeldung

Die Anmeldung zum SOWAS-Praktikum mit konkretem Terminvorschlag erfolgt formlos per E-Mail an: middelberg@astro.rub.de

Nach einem ersten Gespräch, in dem die Zielsetzung eures Projektes genau festgelegt wird, gehört es zu euren Aufgaben, euch selbständig mit den nötigen Fachkenntnissen zu versorgen. Einige Lesetipps seien hier bereits genannt:

• Carroll, Bradley W. und Ostlie, Dale A.: An Introduction to Modern Astrophysics, Addison Wesley Publishing 2007 (das große Überblicksbuch)
• Schneider, P. und Ehlers, J. und Falco, E. E.: Gravitational Lenses, Springer Verlag 1992 (alles über Gravitationslinsen)
• Wilson, Thomas L. und Rohlfs, Kristen und Hüttemeister, Susanne: Tools of Radio Astronomy, Springer Verlag 2009 (viel Wissenswertes zum Thema Radioastronomie)
• Einasto, Jaan: Dark Matter, 2009 (allgemein verständlicher Review-Artikel über Dunkle Materie, zu bekommen über astro-ph)
• Zinn, Peter-Christian: Betriebsanleitung des AIRUB-Radioteleskops, 2009 (Download als pdf: Datei:Betriebsanleitung Radioteleskop.pdf)

Für die erfolgreiche Bearbeitung des Projektes und eine anschließende Präsentation der Ergebnisse werden euch 5 CP gutgeschrieben, entsprechend 5 normalen FP-Versuchen. Die Kreditierung findet wie bei jedem Blockpraktikum erst im zweiten Teil des Fortgeschrittenen-Praktikums statt.

--Zinn 12:19, 29. Jun. 2009 (UTC)