Österreichische Wissenschafter starten Großforschungsprojekt zu Leben auf Planeten

Welche Bedingungen müssen im Umkreis von jungen Sternen herrschen, damit dort Leben entstehen kann? (Illu.). | Copyright: NASA/Jenny Mottar

Wien/ Österreich - Mit rund 600.000 Euro jährlich finanziert der österreichische Wissenschaftsfonds (FWF) die Arbeit einer Forschergruppe der Universitäten Wien und Graz sowie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Im Rahmen eines bis zu acht Jahre dauernden astrophysikalischen Großprojekts werden sich 90 internationale Forscher der Frage widmen, welche Voraussetzungen für die Entstehung von lebensfreundlichen und lebenserhaltenden Umgebungen auf anderen Planeten erfüllt sein müssen.

Unter der Leitung von Manuel Güdel, Professor am Institut für Astronomie der Universität Wien, wollen die Forscher ergründen, "welche physikalischen Bedingungen im Umkreis von jungen Sternen und Planeten herrschen müssen, damit dort Leben entstehen kann? Wie wirken Sterne, Sternwinde, Gas- und Staubscheiben, Magnetfelder und Planetenatmosphären zusammen, um die essentiellen Moleküle und Wasser zu bilden und auf die Planeten zu bringen? Welches sind die frühesten Phasen, in denen man in der Sternumgebung schon lebensfreundliche oder lebenserhaltende - sogenannte habitable - Zonen finden kann, und wie verändern sich diese im Laufe der Zeit?"

Laut Güdel reiche die richtige Dosis Sternlicht im richtigen Abstand vom Stern und eine halbwegs akzeptable Planetenatmosphäre um einen festen Planeten für eine habitable Umgebung bei Weitem nicht aus. "Der Raum zwischen dem Stern und den Planeten ist nicht leer. Sternwinde, stark veränderliche Ultraviolett- und Röntgenstrahlung sowie Magnetfelder des Sterns und des Planeten wirken in noch wenig erforschter und hochkomplexer Weise zusammen, kontrollieren die Struktur und Chemie der Planetenatmosphäre und ihre Evolution. Passt alles, kann eine lebensfreundliche Umgebung entstehen - sonst nicht".

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Während des Projekts wollen die Wissenschaftler das gesamte physikalisch-chemische, gekoppelte System mit zum Teil völlig neuen Methoden erstmals erforschen: "So müssen die physikalischen Voraussetzungen bereits in ganz frühen Phasen der Planetenentstehung gegeben sein, sonst fehlen die richtigen Moleküle wie etwa Wasser", erläutert die Pressemitteilung der Universität Wien (univie.ac.at). "Sehr wichtig sind die Hochenergiestrahlung des Sterns, beschleunigte Teilchen und der in ein Magnetfeld eingebettete Sternwind. Alle wirken ständig und stark veränderlich auf das Magnetfeld und die Hochatmosphäre des Planeten ein und können dort – unter ungünstigsten Bedingungen – die ganze Planetenatmosphäre zerstören. Selbst der Aufbau eines Sonnensystems ist für die Existenz habitabler Planeten wichtig. Die starken Veränderungen des Sterns im Laufe der Zeit stellen weitere Herausforderungen an die Habitabilität dar. Andererseits scheint Leben sehr innovativ und anpassungsfähig zu sein - auf der Erde kommt es in der Tiefsee, in der Arktis, oder in kochendheißem Wasser vor."

Das Forschungsteam interessiert dabei sich besonders dafür, wie sich Habitabilität in den frühesten, widrigen Zeiten des Sonnensystems entwickelt hat, als die Sonne tausend Mal kräftigere Röntgenstrahlung und dutzende Male stärkere Ultraviolettstrahlung als heute aussandte. "Damals wehten viel stärkere Sonnenwinde, und die Erdatmosphäre war völlig anders zusammengesetzt. Aber auch extreme Bedingungen in extrasolaren Planetensystemen, etwa auf Planeten in sehr kleiner Entfernung vom zentralen Stern, werden unter die Lupe genommen. Heute sind über 700 extrasolare Planeten bekannt, die unter mannigfachen Bedingungen ihre Bahn um andere Sterne ziehen." Dabei habe sich in letzter Zeit gezeigt, dass Planeten sich gerade auch in Doppel- oder Mehrfachsternsystemen bilden – die häufigste Konfiguration, in der Sterne im Universum vorkommen. Gibt es in solchen Sternsystemen also stabile, lebensfreundliche Planeten?

Das österreichische Nationale Forschungsnetzwerk stützt sich auf bereits bestehende Expertise an verschiedenen österreichischen Institutionen und Forschungsresultaten, die dort erbracht worden sind. Das Projekt wird von sechs weiteren Teilprojektleitern mitgetragen: Elke Pilat-Lohinger, Rudolf Dvorak und Ernst Dorfi vom Institut für Astronomie der Universität Wien, Helmut Lammer und Maxim Khodachenko vom Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz sowie Arnold Hanslmeier vom Institut für Geophysik, Astrophysik und Meteorologie der Universität Graz. Mithilfe eines dichten internationalen Netzwerks von Kooperationspartnern wird das österreichische Habitabilitätsprojekt völlig neue Wege beschreiten.

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Quellen: univie.ac.at / grenzwissenschaft-aktuell.de

Astronomen wollen erstmals das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße direkt abbilden

Eine Computersimulation von ultraheißem Plasma, bevor es den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs übertritt (Illu.). | Copyright/Quelle: Scott Noble/RIT / arizona.edu

Tucson/ USA - Schwarze Löcher sind astronomische Objekte mit einer derart großen und auf verhältnismäßig kleinstem Raum konzentrierten Masse und mit einer entsprechend gewaltigen Gravitation, dass alles, was den sogenannten Ereignishorizont überschreitet unweigerlich davon angezogen wird. Ihre Anziehungskraft ist dabei derart groß, dass ihr selbst das Licht nicht mehr entkommen kann. Astrophysiker gehen davon aus, dass besonders massereiche Schwarze Löcher die Zentren von Galaxien bilden. Auch im Zentrum der Milchstraße vermuten sie ein entsprechendes kosmisches Monster. Ein internationales Astronomenteam will dieses Schwarze Loch nun erstmals abbilden. Auf einer Konferenz treffen sich nun internationale Teilnehmer an dem Projekt. Zugleich soll das erhoffte Ergebnis auch Einsteins Relativitätstheorie testen.

Die Konferenz wird von Professor Dimitrios Psaltis und Dan Marrone von und am Steward Observatory der University of Arizona gemeinsam mit Sheperd Doeleman vom Haystack Observatory der Massachusetts Institute of Technology (MIT) organisiert. Das Projekt, so gestehen die Astronomen ein, wäre noch vor wenigen Jahren von den meisten Wissenschaftlern als abstrus bezeichnet worden. "Jetzt verfügen wir aber über die notwendige Technologie, um dieses Vorhaben angehen zu können", erläutert Doeleman.

Erstmals von Albert Einstein in dessen Relativitätstheorie postuliert, gilt die Existenz Schwarzer Löcher mittlerweile durch Beobachtungen, Messungen und Experimenten den meisten Astrophysikern als belegt. Die kosmischen Monster jedoch direkt abzubilden, ist bislang noch nicht gelungen.

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"Bevor Staub und Gase um ein Schwarzes Loch herumwirbeln, um dann in das Innere des Schwarzen Lochs zu stürzen, entsteht in dessen Umfeld sozusagen eine Art Materie-Verkehrsstau", erläutert Doeleman. "Wie Wasser, dass in einem Abfluss hinabwirbelt, wird hier Materie komprimiert und durch die dabei entstehende Reibung in Plasma umgewandelt, das bis auf mehre Milliarden Grad erhitzt wird, wodurch es zu glühen beginnt und dabei Energie abgibt, die dann auch von der Erde aus entdeckt werden kann."

Durch die Abbildung dieser glühenden und das Schwarze Loch umkreisenden Materie, noch bevor sie den Ereignishorizont übertritt und in den Abgrund aus Raum und Zeit hinabstürzt, würde zumindest die auch als "Schatten des Schwarzen Lochs" bezeichnete Silhouette des Schwarzen Lochs offenbaren.

"Bislang verfügen wir nur über indirekte Belege für die Existenz eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße", so Psaltis. "Sobald wir aber seinen 'Schatten' sehen, wissen wir zweifelsfrei, dass es existiert."

Obwohl dieses postulierte supermassereiche Schwarze Loch eine Masse von vier Milliarden Sonnen haben soll, ist es nach astronomischen Maßstäben ein Winzling - ist diese Masse doch auf eine Größe komprimiert, deren Durchmesser kleiner ist als die Umlaufbahn des innersten Planeten des Sonnensystems, Merkur. Da es sich zudem 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, entspräche seine von hier aus sichtbare Größe gerade einmal einer Grapefruit auf dem Mond.

"Um etwas derart Kleines so weit entfernt von uns zu sehen, benötigt man ein wirklich sehr großes Teleskop", erklärt Marrone. "Das größte auf Erden mögliche Teleskop wäre, den gesamten Planeten selbst zu einem Teleskop werden zu lassen."

Um genau dies zu erreichen, planen die Astronomen den Zusammenschluss von bis zu 50 Radioteleskopen rund um den Globus, darunter das Submillimeter Telescope auf dem Mount Graham in Arizona, Teleskopes auf Mauna Kea in Hawaii und die Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy in Kalifornien. Diese weltweite Anlage wird auch mehrere Radioteleskope in Europa, ein 10-Meter großes Teleskop am Südpol und eine 5.000 Meter hoch gelegene Anlage in Mexiko.

"Schlussendlich lassen wir ein virtuelles Teleskop entstehen, dessen Spiegel so groß wie die Erde ist", erläutert Doeleman. "Das 'Event Horizon Telescope' wird jedoch nicht auf einmal die benötigen Daten liefern, sondern diese über Jahre hinweg zusammentragen und während dieser Zeit auch durch das Hinzufügen weiterer Teleskope anwachsen. Dadurch wird das gewünschte Bild des Schwarzen Lochs nach und nach immer schärfer werden." Eines der wichtiges Elemente des globalen Teleskops stellt die Fertigstellung der "Atacama Large Millimeter Array" (ALMA) der Europäischen Südsternwarte in Chile dar (...wir berichteten), deren zusammengeschlossene Einzelantennen alleine schon einen Durchmesser von 90 Metern erreichen.

Blick auf einige der ALMA-Teleskope. | Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Calçada (ESO)/H. Heyer (ESO)/H. Zodet (ESO)

Mit dem virtuellen Teleskop wird es Astronomen erstmals möglich sein, zu sehen, was sich in unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs abspielt. Hierbei handelt es sich um die gewaltigsten Gravitationsfelder des Universums. "Niemand hat Einsteins Relativitätstheorie bislang anhand derart starker Felder getestet."

Laut dieser sollte die Außenlinie des Schattens des Schwarzen Lochs einen perfekten Kreis beschreiben. "Sollte sich dieser Schatten aber abgeflacht darstellen, so würde dies auf Fehler in der Relativitätstheorie hindeuten", so die Forscher. "Doch selbst wenn wir keine Abweichung von der Vorhersage finden, wird das Ergebnis dazu beitragen, fundamentale Aspekte der Relativitätstheorie sehr viel besser zu verstehen."

Neben dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße, das Astronomen als "Sagittarius A*" bezeichnen, vermuten Wissenschaftler noch etwa 25 weitere jedoch deutlich kleinere Schwarze Löcher in unserer Galaxie.

"Das Besondere des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße ist, dass es gerade groß und nahe genug für unser Projekt ist. Zwar gibt es in anderen Galaxien größere Schwarze Löcher und innerhalb der Milchstraße einige näher gelegene Exemplare, doch sind diese entweder zu weit entfernt oder deutlich kleiner als "Sagittarius A*".

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / arizona.edu