---

Nr. 09-98 ­ Paris, 7. April 1998   [ English Version | Version française ]

---

Neue Wasservorkommen und ferne Galaxien runden ISO-Entdeckungen ab

Wasserdampf auf Titan, dem größten Mond des Saturn, und Infrarot-Galaxien in riesigen Entfernungen zählen zu den jüngsten Entdeckungen des Infrarot-Weltraumobservatoriums (ISO) der Europäischen Weltraumorganisation. Auf einer Pressekonferenz in London sagte der Wissenschaftsdirektor der ESA, Roger Bonnet, heute (7. April): „ISO ist eines der erfolgreichsten Weltraumobservatorien und im Infrarotbereich bisher unübertroffen. Seine Entdeckungen werden unsere Sicht des Universums verändern."

Die ISO-Betriebsteams in der ESA-Bodenstation in Villafranca nahe Madrid haben in der letzten Zeit alles darangesetzt, damit die Astronomen aus der ganzen Welt noch möglichst viele Beobachtungsvorhaben anstellen können. Schon seit längerer Zeit rechnen sie mit dem endgültigen Verbrauch des für ISO lebenswichtigen Flüssigheliumvorrats, der das Infrarot-Teleskop und seine Instrumente auf ihre Betriebstemperatur nahe dem absoluten Nullpunkt herunterkühlt. Zwei Wochen nachdem ISO am 17. November 1995 von einer Trägerrakete des Typs Ariane 44P in die Umlaufbahn gebracht worden war, hatten die äußeren Teile des Kühlsystems ihre Betriebstemperatur erreicht. Den technischen Vorgaben entsprechend hätte die Lebensdauer von ISO ab diesem Zeitpunkt dann mindestens 18 Monate betragen sollen, d.h., daß der Betrieb Ende Mai 1997 eingestellt worden wäre.

Dank der hervorragenden Leistung der europäischen Industrie, die den Satelliten und das tiefgekühlte Teleskop gebaut hat, ist ISO den Astronomen nun fast ein Jahr länger erhalten

geblieben. Während dieser zusätzlichen Zeit erhöhte sich die Zahl der Beobachtungen kosmischer Objekte mit ISO von 16 000 auf rund 26 000. Der verlängerten Lebensdauer von ISO ist unter anderem die Gelegenheit zur Durchmusterung einer wichtigen Himmelsregion um das Sternbild Orion zu verdanken. Diese wäre während der nominellen Betriebsdauer nicht ins Blickfeld von ISO gelangt, ließ sich nun aber in zwei Etappen ins Visier nehmen.

Vier internationale, durch ihre nationalen Trägerorganisationen unterstützten Forscherteams lieferten die Instrumente für die Analyse der mit dem ISO-Teleskop erfaßten Infrarotstrahlung. Die Hauptexperimentatoren und Teamleiter sind Dietrich Lemke (Heidelberg, Deutschland) für das Photometer ISOPHOT, Catherine Cesarsky (Saclay, Frankreich) für die ISOCAM-Kamera, Thijs de Graauw (Groningen, Niederlande) für das Kurzwellenspektrometer SWS und Peter Clegg, (London, Vereinigtes Königreich) für das Langwellenspektrometer LWS.

Der große Unterschied zwischen ISO und seinem einzigen Vorläufer, dem 1983 gestarteten Infrarot-Astronomiesatelliten IRAS, besteht darin, daß ISO in der Lage ist, einzelne Objekte über einen breiten Bereich von Infrarotwellenlängen zu untersuchen. Aus zahlreichen Spektren, die je nach Wellenlänge unterschiedliche Intensitätsmuster erkennen ließen, konnten Astronomen auf das Vorkommen einer Vielfalt von Stoffen im interstellaren Raum, in der Umgebung von Sternen und in anderen Galaxien schließen.

Wie bereits an früherer Stelle berichtet, hat ISO steinartiges Material, teerartige Kohlenstoffverbindungen ebenso wie Wasser und Kohlenmonoxid in Form von Dampf und Eis identifiziert. Diese Beobachtungen vermitteln zusammen einen ersten deutlichen Eindruck davon, wie die Natur aus den in den Sternen entstandenen Elementen die Bausteine für Planeten und das Leben selbst bereitstellt.

Am meisten wurde die menschliche Phantasie durch die wiederholte Entdeckung von Wasser in den Weiten des Weltraums angeregt, was die Spekulation darüber nährte, daß auch anderswo im Universum Leben existiert. Wasser ließ sich in der Umgebung sterbender und neugeborener Sterne, im übrigen interstellaren Raum, in der Atmosphäre der äußeren Planeten unseres Sonnensystems und auch in anderen Galaxien nachweisen. Eine Verbindung zu den Ozeanen auf der Erde und zu dem Wasser, von dem wir leben, könnte über das Wassereis bestehen, das seit langem als wichtiger Bestandteil von Kometen, den Relikten aus der Zeit der Planetenentstehung, bekannt ist.

Eine weitere Verbindung zur Suche nach dem Ursprung des Lebens stellt die wahrscheinliche Entdeckung von Wasserdampf in der geheimnisvollen Atmosphäre des Titan, des größten Saturnmonds, dar. Eine erste Verlautbarung hierüber kam von einem internationalen Forscherteam unter der Leitung von Athena Coustenis vom Observatorium in Paris und Alberto Salama vom ISO-Missionsbetriebszentrum in Villafranca.

Das Team beobachtete im Dezember letzten Jahres mit dem Kurzwellenspektrometer mehrere Stunden lang den Titan, als er von ISO aus gesehen am weitesten von Saturn entfernt war. Dabei wurden Emissionen bei Wellenlängen von 39 und 44 Mikron gemessen, die die charakteristische Signatur von Wasserdampf darstellen. Diese Nachricht werden die Wissenschaftler, die an der Huygens-Mission der ESA mitwirken, sicher mit Begeisterung aufnehmen. Die Huygens-Sonde, die letztes Jahr an Bord des Cassini-Raumfahrzeugs der NASA gestartet worden war, wird an Fallschirmen in die Atmosphäre des Titan absteigen, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, welche chemischen Bedingungen auf der Erde vor dem Beginn von Leben geherrscht haben könnten.

„Durch den Wasserdampf wird Titan jetzt zu einem noch viel lohnenderen Ziel" meint Athena Coustenis. „Wir wußten zwar, daß Kohlenmonoxid und Kohlendioxid in der Atmosphäre von Titan vorkommen und rechneten daher auch mit Wasserdampf. Doch jetzt wo wir glauben, ihn auch nachgewiesen zu haben, werden wir wahrscheinlich auch mehr über die organische Chemie, die sich auf Titan abspielt und auch über den Ursprung von Sauerstoff im Saturn-System erfahren. Nach ISO wird die Huygens-Sonde Aufschluß darüber geben, wie sich die Mischung komplexer organischer Moleküle, die der chemischen Suppe auf der jungen Erde vermutlich sehr ähnlich ist, tatsächlich zusammensetzt."

Der verlängerten Lebensdauer von ISO haben wir Infrarotaufnahmen der rund 1500 Lichtjahre entfernten spektakulären Sternentstehungsregionen im Sternbild Orion zu verdanken. Im Pferdekopf-Nebel zeichnet sich im sichtbaren Licht eine große, dunkle Staubwolke ab, aus der ein schwarzer Schatten in Form eines Pferdekopfs in eine leuchtende Gaswolke hineinragt. In Aufnahmen der ISO-Kamera erscheinen die dichten Teile der staubigen Region als glänzende Filamente, die den Pferdekopf verblassen lassen. Im Bereich der Stirn des Pferdekopfs und im benachbarten Nebel NGC 2023 wurden junge Sterne entdeckt.

Andere bekannte Nebel in der Orion-Gegend sind NGC 2068 und NGC 2071. Die von Kohlenstoffverbindungen (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) emittierte Strahlung verleiht den Infrarot-Nebeln in den Aufnahmen der ISO-Kamera ein spektakuläres Aussehen. Dank der Empfindlichkeit von ISOCAM und der Besonderheit von Infrarotstrahlen, die Staubwolken besser durchdringen als sichtbares Licht, treten Reigen junger Sterne als Punkte im Zentrum dieser beiden Nebel in Erscheinung. Dies ist nicht verwunderlich, sind doch die als Molekülwolken bezeichneten dichten, staubigen Regionen oftmals die Geburtsstätten neuer Sterne, doch ISOCAM spürt sogar noch lichtschwächere und verstecktere Objekte auf.

„Wir haben mit ISOCAM eine Bestandsaufnahme junger Sternfamilien durchgeführt", so Lennart Nordh und Göran Olofsson der Universität Stockholm, die ein Team von Astronomen aus Schweden, Frankreich, Italien, dem Vereinigten Königreich und der ESA leiten. „Durch Vergleich der Strahlungsintensität der punktförmigen Objekte bei verschiedenen Infrarotwellenlängen sind wir in der Lage, die Formationen junger Sterne, die noch in die elterlichen Molekülwolken eingebettet sind, zu identifizieren."

Bei der Auswertung der frühen mit ISO durchgeführten Beobachtungen von vier sternbildenden Wolken entdeckten die Astronomen bereits eine Vielzahl kleiner Sterne. „Bis heute konnten wir fast 300 junge Sterne ausmachen, von denen viele bisher nicht entdeckt worden waren", sagen Nordh und Olofsson. „Die Leuchtkraft vieler dieser Objekte ist 10 bis 100 mal niedriger als die bei früheren Beobachtungen gemessenen Werte. Unsere erste Analyse weist darauf hin, daß mindestens 10 % der eingebetteten jungen Sterne kleine Braune Zwerge oder herrenlose Superplaneten werden, die weniger als ein Zehntel der Masse unserer Sonne haben."

Manche Galaxien leuchten ungewöhnlich hell im Infrarot. Grund hierfür sind kosmische Verkehrsunfälle, bei denen Galaxien mit anderen zusammenstoßen. Dies löst die plötzliche Geburt einer Vielzahl von Sternen aus, ein Phänomen, das man auch als „Starburst" bezeichnet. Durch die Explosion kurzlebiger Sterne entsteht dann eine warme Staubwolke, die ISO im Infrarot beobachten kann. Aufgrund der Intensitäten der verschiedenen Wellenlängen zueinander können solche „Starbursts" von anderen Quellen starker Infrarotstrahlung wie etwa die Umgebung eines Schwarzen Lochs im Kern einer Galaxie unterschieden werden. Kollisionen und Sternausbrüche spielen in der Entwicklung von Galaxien eine wichtige Rolle.

Ein berühmtes kollidierendes Galaxienpaar, die sogenannten Antennengalaxien, war eines der ersten Objekte, das von ISO anvisiert wurde. Während der fortlaufenden Beobachtung dieser Galaxien über die letzten zwei Jahre konnte ein „Starburst" deutlich erfaßt werden, der genau da auftrat, wo sich die beiden dichten Scheiben der Galaxien überschneiden. Die Kerne der beiden Galaxien sind ebenfalls eindeutig zu erkennen.

Centaurus A ist eine Galaxie, die die Aufmerksamkeit der Astronomen zunächst aufgrund ihrer starken Radiostrahlung auf sich zog. Im sichtbaren Licht zeigt sie sich als große, elliptische Galaxie, über die sich quer ein dunkles Band zieht. Auch dies ist auf eine galaktische Kollision zurückzuführen. Das dunkle Band ist eine abgeflachte scheibenförmige Galaxie, die man fast nur von der Seite her sieht. Centaurus A ist das am nächsten gelegene Beispiel für eine Erscheinung, die ISO auch schon andernorts entdeckt hat, wo sich nämlich eine flache mit einer elliptischen Galaxie vereinigt, ihre abgeflachte Form jedoch beibehalten hat.

Die ISOCAM-Kamera liefert ein Bild von Centaurus A, in dem die Scheibengalaxie besser zu erkennen ist. Die Ausrichtung der Scheibe wird klar: Sie liegt im rechten Winkel zur Achse der Regionen mit starker Radiostrahlung, die ihre Energie aus von einem Schwarzen Loch im galaktischen Zentrum erzeugten Elektronenströmen beziehen. Im übrigen wurden mit dem ISO-Kurzwellenspektrometer angeregte Emissionen registriert, die ebenfalls auf die Existenz eines aktiven Schwarzen Lochs hindeuten.

„Bei der Beobachtung von Centaurus A wird deutlich, worin die Faszination von ISO besteht", sagt Catherine Cesarsky vom CEA Saclay (Frankreich), Leiterin des Teams für das ISOCAM-Instrument.„ „Was im sichtbaren Licht nur als dunkle Wolke erkennbar ist, verwandelt ISO in ein prächtiges Schauspiel in Infrarot. Dasselbe geschieht bei Staubwolken, in denen neugeborene Sterne versteckt sind und in einem größeren Maßstab bei staubigen Starburst-Galaxien, die zu infraroten Leuchtfeuern werden und uns so den Weg in die Tiefen des Universums weisen."

Als ISO gestartet wurde, hegte man unter anderem die Hoffnung, daß das Weltraumobservatorium sehr weit entfernte und damit sehr alte Galaxien entdecken würde, die durch Sternausbrüche oder die Wirkung Schwarzer Löcher zum Leuchten gebracht werden. Normalerweise versperrt Staub in unserer Milchstraße die Sicht auf die entferntesten und leuchtschwächsten Galaxien. Doch nördlich und südlich, d.h. senkrecht zur Scheibe der Milchstraße finden sich Löcher in den Staubwolken, durch die entfernte Galaxien beobachtet werden können.

Sowohl ISO als auch das Hubble-Weltraumteleskop nutzten diese Löcher für Beobachtungen mit langen Belichtungszeiten, um schwach leuchtende Galaxien aufzuspüren. Über die Ergebnisse der von einem Forscherteam unter japanischer Leitung mit ISOCAM durchgeführten Beobachtungen durch ein nördliches Loch wurde letztes Jahr in einer ESA-Pressemitteilung (25.97) berichtet und entsprechendes Bildmaterial veröffentlicht (ESA/ISO 97:8/1). Zahlreiche Milliarden Lichtjahre entfernte Infrarotgalaxien wurden dabei entdeckt, deren Strahlung aus einer Zeit stammt, als das Universum halb so alt war wie heute. Vielleicht werden in den ISO-Daten noch fernere und noch ältere Galaxien ausfindig gemacht, wozu auch Objekte gehören können, die im sichtbaren Licht noch nicht erfaßt worden sind.

Die auf einer Pressekonferenz in London vorgestellten ISO-Ergebnisse berücksichtigen auch die von zwei Forschergruppen unter der Leitung von Catherine Cesarsky vom CEA Saclay und von Michael Rowan Robinson vom Imperial College in London durchgeführten Untersuchungen des fernen Universums, die sich auf die im Norden bzw. die im Süden gemachten Aufnahmen stützten. Werden nördliche ISOCAM-Aufnahmen einer Hubble-Aufnahme derselben Region überlagert, so treten Spiralgalaxien, in denen gerade Sternausbrüche in Gang sind, deutlich hervor. Elliptische Riesengalaxien hingegen hinterlassen eine andere Signatur in Form einer Verschiebung vom sichtbaren Licht in den Infrarotbereich, die auf die Ausdehnung des Universums zurückzuführen ist. Die Astronomen schätzen, daß einige der von ISOCAM beobachteten Objekte so weit entfernt sind, daß das Universum zu dem Zeitpunkt als sie die gegenwärtig sichtbare Strahlung aussandten, nur ein Drittel seines heutigen Alters besaß.

Die ersten ISO-Aufnahmen, die aus der entgegengesetzten Himmelsrichtung im südlichen Bereich gemacht wurden, zeigen ähnliche und ebenfalls sehr weit entfernte Objekte. Erste Auswertungen geben Hinweise auf die Existenz von 30 bis 40 Galaxien bei 7 Mikron und 22 bis 30 Galaxien bei 15 Mikron.

Eine andere interessante Strahlungsquelle, die hell im Infrarot leuchtet, konnte im sichtbaren Licht nicht erfaßt werden, auch nicht während einer verlängerten Beobachtung mit dem 4m-Teleskop CTIO in Chile (A.Walker). Man nimmt an, daß dieses Objekt eine äußerst heftige Sternentstehungsphase durchläuft. Diese Hypothese kann überprüft werden, sobald sich Hubble und anderen Teleskopen die Gelegenheit bietet, diese Region unter die Lupe zu nehmen.

Die von ISO gelieferten Ergebnisse über das ferne Universum geben nicht nur Aufschluß über die Entwicklung von Galaxien, sondern stärken auch die Zuversicht der Wissenschaftler, die mit der Planung eines weiteren Astronomieprojekts der ESA betraut sind. Mit FIRST will man dank seiner für längere Wellenlängen ausgelegten Instrumente noch tiefer in unbekannte Regionen vorstoßen.

Die verlängerte Lebensdauer war nicht der einzige Grund, warum ISO zu einem Triumph für die ESA, die europäische Industrie und seine Betriebsteams wurde. Die Ausrichtgenauigkeit des Teleskops war zehnmal besser als vorgeschrieben und seine Bildinstabilität (Jitter) betrug ein Fünftel des zulässigen Werts. Das Streulicht in seinem optischen System war so gering, daß es nicht einmal meßbar war. Die Einsatzplanung stellte sicher, daß 90 bis 95% der insgesamt verfügbaren Zeit für wissenschaftliche Beobachtungen genutzt wurden. Auch die übrige Zeit, während ISO von einem Ziel zum andern schwenkte, wurde zum Großteil für die Kartierung des Himmels bei Wellenlängen von 200 Mikron verwendet.

Die mit der ISO-Mission verbundenen Arbeiten werden in der Bodenstation in Villafranca noch bis zum Jahr 2001 und damit weit über das Ende der Beobachtungsphase hinaus andauern. Während des Betriebs im Weltraum bestand das Hauptziel darin, so viele Beobachtungen wie möglich durchzuführen. Die sorgfältige Auswertung und Deutung der Ergebnisse wird sich über mehrere Jahre hinziehen.

„Wir haben noch alle Hände voll zu tun", so Martin Kessler, der ISO-Projektwissenschaftler der ESA. „Unser Team in Villafranca erstellt nach Aufbereitung der Daten mit einer verbesserten Software ein vollständiges ISO-Archiv auf 500 bis 1000 CDs. Einen Teil dieses Archivs werden wir im Herbst dieses Jahres den Astronomen in aller Welt zur Verfügung stellen. Der Rest folgt 1999. Wir werden die Astronomen, die mit ISO gearbeitet haben, außerdem über die besonderen Anforderungen bei der Auswertung der von den einzelnen Instrumenten gelieferten Daten unterrichten und auch selbst ein wenig Astronomie betreiben. Was bisher an ISO-Ergebnissen vorliegt, ist bei weitem noch nicht alles.

Die Infrarot-Astronomen in Europa sind nun schon eifrig mit der Vorbereitung der ESA-Missionen FIRST und Planck beschäftigt, die Anfang des nächsten Jahrhunderts gestartet werden sollen. FIRST wird lange Infrarotwellen im Submillimeterbereich beobachten, während Planck die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung weitaus genauer kartieren wird, als bei der COBE-Mission der NASA der Fall war, um die Materieklumpen aufzuspüren, aus denen die Galaxien entstanden sind. Bei der ESA wird derzeit ebenfalls die Durchführung einer Interferometer-Mission geprüft, bei der eine Kombination von Infrarot-Teleskopen eingesetzt werden soll. Damit könnten im Prinzip die Planeten bei anderen Sternen ausgemacht und untersucht werden.

In der Zwischenzeit laufen die Astronomieprojekte der ESA in anderen Bereichen auf Hochtouren. Die Beteiligung der ESA am Hubble-Weltraumteleskop und seinem eventuellen Nachfolger sichert den europäischen Astronomen den Zugang zu diesen wichtigen Instrumenten. Mit der 1997 erfolgten Veröffentlichung der Kataloge der einzigartigen Sternkartierungsmission Hipparcos der ESA stehen allen Astronomen nun erstaunlich genaue Daten zur Bestimmung von Sternen und des Universums zur Verfügung. Nächstes Jahr startet der XMM-Satellit der ESA, der kosmische Röntgenquellen mit den bislang technisch ausgefeiltesten und empfindlichsten Röntgenteleskopen beobachten soll. Ihm soll im Jahr 2001 der Satellit Integral folgen, der kosmische Gammastrahlen mit ausgeklügelten Abbildungssystemen, sogenannten „kodierten Masken", und hochempfindlichen Detektoren untersuchen wird.

„Wir haben es uns bei unseren Weltraum-Astronomieprojekten zum Ziel gesetzt, daß jede ESA-Mission im Zeitpunkt ihres Starts weltweit führend sein sollte", sagt Roger Bonnet, der Wissenschaftsdirektor der ESA. „ISO ist dafür ein glänzendes Beispiel. Diese Mission hat die Infrarot-Astronomie revolutioniert. Sie verschaffte uns wundervolle Einblicke in kalte und versteckte Regionen des Universums und in die Herkunft des Wassers und anderer Stoffe, denen wir unsere Existenz verdanken. Eine Mission dieser Größenordnung und Komplexität war in Europa nur aufgrund der von der ESA koordinierten multinationalen Zusammenarbeit möglich."

Informationen über die ISO-Mission und ihre Ergebnisse ebenso wie die entsprechenden Bildserien können im Internet abgerufen werden.

Für Journalisten hat das ISO-Team der ESA die im Internet verfügbaren Informationen sowie frühere Veröffentlichungen über ISO und seine Entdeckungen auf einer CD zusammengefaßt.

ESA Abteilung Öffentlichkeitsarbeit

Tel.: +33.(0)1.53.69.71.55

Fax: +33.(0)1.53.69.76.90