Radio-Interferometrie mit langen Basislinien

Radio-Interferometrie mit langen Basislinien (VLBI)
Die Entwicklung der Radio-Interferometrie
Nach dem Ende des zweiten Weltkriegs begannen Astronomen mit der Beobachtung
des Radiohimmels. Doch die Teleskope - meist während des Krieges eingesetzte
Radarantennen - reichten nicht aus für eine genaue Positionsbestimmung der
Radioquellen und somit eine Zuordnung zu den bis dahin optisch bekannten
Himmelskörpern. Erst der Bau größerer Antennen und die Verbindung zweier oder
mehrerer Antennen zu sogenannten Interferometern (siehe Abb. 2) führten zu einer
Verbesserung des Auflösungsvermögens (der Fähigkeit, nahe beieinander liegende
Details eines Objekts deutlich unterscheidbar abzubilden) und damit auch zu einer
Identifikation mit optischen Quellen. Das Auflösungsvermögen eines Teleskops ist
abhängig von seinem Durchmesser (Apertur) und der empfangenen Wellenlänge: je
größer der Antennendurchmesser und je kleiner die beobachtete Wellenlänge desto
besser die Auflösung. Bei einem Interferometer entspricht die Apertur dem Abstand der
beiden am weitesten voneinander entfernten Interferometerelemente. Den Abstand
zwischen den einzelnen Elementen bezeichnet man als Basislinie.
Abb. 1: Oben: Das elektromagnetische Spektrum vom langwelligen zum kurzwelligen Bereich von links nach rechts. Unten: Durchlässigkeit der
Erdatmosphäre.
Abb. 4: Künstlerische Darstellung des HALCA-Weltraumteleskops. Mit diesem Instrument läßt sich das
Auflösungsvermögen um das drei- bis vierfache gegenueber rein erdgebundenen Beobachtungen verbessern.
Man kann durch das bessere Auflösungsvermögen tiefer in die beobachtete Galaxie eindringen und sich so
immer weiter dem Kernbereich nähern (siehe auch das Poster “VLBI – Verbesserung des Auflösungsvermögens” von Jens Klare).
Radiofenster – Fenster zum Universum
Bis zum Beginn der Radioastronomie waren die Astronomen bei ihren
Beobachtungen beschränkt auf den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen
Spektrums (Licht), der von etwa 400 bis 700 Nanometer Wellenlänge reicht. Mit
der Radiostrahlung, die einen Wellenlängenbereich von ungefähr einem
Millimeter bis zu einigen hundert Metern umfasst, wurde erstmalig ein weiterer
Teil des Spektrums zugänglich. Allerdings ist der Empfang elektromagnetischer
Strahlung auf der Erdoberfläche begrenzt durch die Atmosphäre, die nur für
optische und Radiostrahlung durchlässig ist (sogen. optisches und Radiofenster –
siehe Abb. 1). Für die restlichen Spektralbereiche wie Gamma-, Röntgen-,
Infrarot(IR)- und Ultraviolett(UV)-Strahlung ist die Erdatmosphäre
undurchlässig.
Schwarze Löcher – Mysterien des Universums
Bei den beobachteten Objekten handelt es sich um sogen. Aktive Galaxienkerne, die in
ihrem Zentrum ein schwarzes Loch beherbergen (siehe Abb. 5). Durch die Rotation des
schwarzen Loches werden senkrecht zur Rotationsachse Teilchenströme (Jets) ins All
geschleudert, die wesentlich länger sind als der Durchmesser der Muttergalxie – eine
eindrucksvolle Demonstration der Kraft dieser galaktischen Maschinen. Der genaue
Entstehungsprozess der Jets ist noch nicht bekannt und wird intensiv von den
Astronomen erforscht.
Abb. 3: Positionen der weltweit in VLBI-Netzwerken operierenden Teleskope
VLBI – Radioteleskope mit dem Durchmesser der Erde
Abb. 2: Schematische Darstellung eines Radiointerferometers. Die Basislinie
kann von 400 bis zu 12000 km (entspr. dem Erddurchmesser) reichen, mit
einem im Weltraum stationierten Teleskop sogar dreimal so lang werden.
Bei der Radiointerferometrie mit sehr langen Basislinien (VLBI - Very Long Baseline
Interferometry) beobachten Radioteleskope, die über den gesamten Globus verteilt
sind, zur gleichen Zeit das gleiche Objekt und können damit ein riesiges Teleskop mit
nahezu dem Durchmesser der Erde synthetisieren (siehe Abb. 3). In den neunziger
Jahren wurde zusätzlich eine Radioantenne in die Erdumlaufbahn gebracht (siehe Abb.
4). Damit erhielt man neben den erdgebundenen Basislinien auch solche zwischen
Erdteleskopen und Weltraumteleskop, was zu einer weiteren Verbesserung des
Auflösungsvermögens um das Drei- bis Vierfache geführt hat.
Abb. 5: Künstlerische Darstellung eines schwarzen Lochs mit Akkretionsscheibe und ausströmendem Jet.
Design: Simone Bernhart et al., Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn