Astronomie: LOFAR Station in Norderstedt – Digitale Radioastronomie

Vortrag zu LOFAR

17.6.2015 Sternwarte Bergedorf, Prof. Brüggen: Radioastronomie mit LOFAR

17.8.2016 Sternwarte Bergedorf, Dr. Engels

Was ist LOFAR?

LOFAR = Low Frequency Array

LOFAR-Zentrum: Firma Astron in den Niederlanden

LOFAR-Stationen in England, Frankreich, Schweden und Deutschland

LOFAR Stationen in Europa

LOFAR Stationen in Europa

Eine LOFAR-Station besteht aus einem Feld von kleinen einfachen Dipol-Antennen. LOFAR-Stationen sind über ganz Europa verteilt, wodurch  eine Basis von vielen hundert Kilometern entsteht.

Die Signale der Stationen werden zusammen mit exakten Timestamps von Rubidium-Atom-Uhren digitalisiert  und über 10 Gbit/s Glasfaser über Jülich zur Zentrale in den Niederlanden geschickt, wo sie real-time mit Hilfe eines Supercomputers “BlueGene” von IBM ( PetaFLOP-Bereich) per Software ausgewertet werden.

Die inferometrische Auswertung per Software setzt die Signale der Stationen unter Berücksichtigung der verschiedenen Laufzeiten phasengerecht zu einem Signal zusammen, das von der  Auflösung einem Teleskop der Größe der Basis entspricht. Das nennt das auch “Aperture synthesis”. Dadurch wird  eine Auflösung (Bildschärfe) im Bereich einer Bogensekunde erreicht, was vor LOFAR bei diesen Wellenlängen (Bereich von 1,5 Metern oder mehr) nicht möglich war.

Obwohl die Dipol-Antennen eine feste Ausrichtung haben (keine beweglichen Teile), können verschiedene Richtungen am Himmel über software-mäßige Verarbeitung des digitalen Signals angepeilt werden (sog. “Multi Beaming”).

https://lofar.physik.uni-bielefeld.de/index.php/en/     https://www.glowconsortium.de/index.php/en/lofar-about http://www.astro.ru.nl/~falcke/LOFAR/lofar_artikel.htm

LOFAR-Station Norderstedt

Die LOFAR-Station in Norderstedt befindet sich in der keinen Straße Harthagen und ist seit Januar 2015 in Betrieb.

Die Einweihungsfeier soll am 9.9.2015 um 11 Uhr stattfinden.

LOFAR Array in Norderstedt 2015

LOFAR Array in Norderstedt Juli 2015 (Foto Dietrich Kracht)

LOFAR Forschungsauftrag – Key Science Projects

Epoch of Reionization  ––  Die sog. Epoch of Reionization (EoR) begann vor 13,2 GigaYears mit einer Rotverschiebung von  z=10. Das heisst, die 21cm Radiostrahlung des neutralen Wasserstoffs  kommt mit einer Wellenlänge von 2,1m bei uns an.

Deep Extragalactic Surveys – Hochempfindliche Kartierung aller Radioquellen (Galaxien, Schwarze Löcher etc.) am Himmel

Transient Sources – Radioquellen, die eine kurzzeitliche Variabilität aufweisen

Kosmische Magnetfelder – Stellare und galaktische Magnetfelder

Ulta high cosmic rays – Partikel mit hoher Energie (1015 – 1020 eV), die auch sog. “Air Shower” hervorrufen (Synchrotron Strahlung, Elektronen mit fast Lichtgeschwindigkeit (relativistisch))

Solar Physics and Space Weather – Die Sonne als Radioquelle mit e.g. Flares, Coronar Mass Ejections etc.

Hintergrund: Epochen der Entwicklung des Universums

  • Urknall
  • Inflation
  • Dark Ages – noch keine Sterne, “nur” neutraler Wasserstoff mit 21cm Radio-Strahlung
  • Epoch of Reionization  – erste Sterne d.h. erstmals Licht im Universum, die Strahlung ionisiert den Wasserstoff
  • Development of Galaxies

http://www.lofar.org/astronomy/eor-ksp/epoch-reionization

http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/teleskope-und-satelliten/lofar/

http://map.gsfc.nasa.gov/media/060915/index.html

Andere Projekte

  • Südafrika: SALT = Southern African Large Telescope  in Sutherland
  • SKA: Square Kilometre Array  (LOFAR sollte ein vorbereitendes Projekt für SKA sein)
    • Teil in Westaustralien
    • Teil in Südafrika