„Dieser für alle Forschende öffentlich zugängliche Katalog wird uns helfen, eine Vielzahl von Fragen über die Verteilung von kaltem Gas im Halo der Milchstraße und die Prozesse zu beantworten, durch die Galaxien im Laufe der kosmischen Zeit Gas in Sterne umwandeln“, sagt Neeraj Gupta, Astronom am IUCAA in Indien und Leiter des MALS-Projekts.
Atomarer Wasserstoff macht den überwiegenden Teil der Materie im Universum aus, er ist die Grundsubstanz aller Sterne. Wer die räumliche Verteilung des atomaren Wasserstoffs im Weltraum kennt, erfährt daher auch viel über die Entstehung der Sterne, die Dynamik von Galaxien, das Wirken von Schwarzen Löchern sowie über die vergangene und zukünftige Entwicklung unserer Milchstraße. Im Rahmen des „MeerKAT Absorption Line Survey“ (MALS) hat ein internationales Astronomen-Team die Verteilung von HI in der Milchstraße untersucht.
Vollständiges Bild der Gasverteilung in der Milchstraße
Die 21 Zentimeter Emissionslinie des neutralen atomaren Wasserstoffs (HI) dient Astronomen zur Bestimmung der Verteilung und Geschwindigkeit von atomarem Gas in Galaxien. Mit ihr lässt sich kaltes und warmes Gas gleichzeitig nachweisen. Das kalte Gas kann zusätzlich in Absorption auf Zentren von Galaxien mit supermassiven Schwarzen Löchern gesehen werden.
Radioastronomen der Universität Bonn haben in den vergangenen Jahren mit dem Effelsberg-Bonn HI Survey (EBHIS) und dem HI4PI wesentliche Beiträge zur Vermessung des Himmels anhand der 21-cm Emissionslinie mit den weltgrößten vollbeweglichen Radioteleskopen geleistet. Die Messungen der Absorptionslinien jedoch erfordert die Nutzung von Radiointerferometern, so wie MeerKAT eines ist. Die Radiointerferometer erlauben es, sehr scharfe Bilder des Himmels zu erstellen – und dabei ausschließlich das kalte Gas zu beobachten.
In Kombination mit der Bonner Himmelsdurchmusterung EBHIS/HI4PI entfaltet sich nun erstmals ein vollständiges Bild der Gasverteilung der Milchstraße. „Der gleichzeitige Nachweis der 21-cm Linie des atomaren Wasserstoffs in Emission und Absorption hat das Potenzial, die Entstehung immer neuer Sterne in der Milchstraße zu enträtseln“, erklärt Privatdozent Dr. Jürgen Kerp vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn.
Ein Schiffscontainer voller Daten ausgewertet
Um den MALS-Katalog zu erstellen, hat das internationale Forschungsteam die riesigen Datenmengen von MeerKAT – ein Schiffscontainer voller Magnetbänder – mithilfe einer hochentwickelten Verarbeitungspipeline und Datenspeicherung am IUCAA eingerichtet wurde.
Das MALS-Team kombinierte diesen Katalog mit den vorhandenen Bonner Himmelsdurchmusterungen, optischen und Beobachtungen von Wärmestrahlung im fernen Infrarot, um die miteinander verwobenen atomaren Gasphasen zu verstehen. „Die Multi-Wellenlängen-Daten sind von entscheidender Bedeutung, um die Beziehungen zwischen dem atomaren Gas und der lokalen Anregungsbedingungen durch die Strahlung der Sterne zu ermitteln“, erklärt Sergei Balashev, Forscher am Ioffe-Institut in St. Petersburg in Russland.
Beteiligte Institutionen und Förderung
Das MALS-Team ist eine internationale Zusammenarbeit von Forschern aus der ganzen Welt, unter anderem der Universität Bonn. Das Projekt wird von N. Gupta von der IUCAA in Indien geleitet. Das MeerKAT-Teleskop ist eine Einrichtung der National Research Foundation (NRF) in Südafrika und wird vom South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) betrieben. Die riesige Menge an Rohdaten (1,6 Petabyte), die von SARAO empfangen werden, werden an der IUCAA gehostet und mit Hilfe einer automatisierten Pipeline an der IUCAA in Zusammenarbeit mit Thoughtworks Technologies India Pvt Ltd. Verarbeitet. Sie nutzt in großem Umfang Werkzeuge und Aufgaben der Software Common Astronomy Software Applications (CASA), die vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in den USA entwickelt wurde.