Siegel der Universität

Universität zu Köln
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachgruppe Physik

I. Physikalisches Institut

Professor Dr. Stephan Schlemmer erhält Gay-Lussac-Humboldt-Preis 2015

Professor Dr. Stephan Schlemmer vom I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln ist einer der zwei Preisträger des Gay-Lussac-Humboldt-Preises des Jahres 2015. In seinem Arbeitsgebiet, der Molekülphysik, erforscht er, wie sich Moleküle in Reaktionen bilden oder umwandeln. Mit Lasern oder Mikrowellen sucht er nach den spektralen Fingerabdrücken der Moleküle. Auf diese Weise hat die Forschergruppe von Professor Schlemmer bereits neue Moleküle im Labor und im Weltall entdeckt. Ziel dieser Forschung, die er auch in enger Zusammenarbeit mit französischen Kollegen durchführt, ist das Verständnis der Entstehungsgeschichte dieser Moleküle im Weltall und auf der Erde. Professor Schlemmers Steckenpferd sind hochflexible Moleküle, deren Spektren bislang kaum untersucht und wenig verstanden sind. Nach 20 Jahren Vorarbeit sind ihm und seiner Arbeitsgruppe auf diesem Gebiet in den letzten Jahren bereits mehrere Durchbrüche gelungen.

Stephan Schlemmer wurde 1991 am Max-Planck Institut für Strömungsforschung in Göttingen promoviert und mit der Otto-Hahn-Medaille ausgezeichnet. Nach den Stationen Berkeley (USA), Chemnitz und Leiden (NL) ist er seit 2004 Professor für Experimentalphysik am I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln.

Der Gay-Lussac-Humboldt-Preis wird am 22. Januar, dem Jahrestag des Élysée-Vertrages zwischen Deutschland und Frankreich, an ausgezeichnete Forscher verliehen, die sich neben herausragender Forschung um die deutsch-französische Wissenschaftskooperation verdient gemacht haben. Der Preis ist mit 60.000 Euro dotiert und wird seit 1983 für deutsche Forscher vom französischen Bildungs- und Forschungsministerium und für französische Forscher von der Alexander von Humboldt-Stiftung vergeben.

Pressemitteilung der Universtät zu Köln

Pressemitteilung des französichen Ministère de l'Education nationale

Webseite der Arbeitsgruppe Prof. Schlemmer

(OAs, SBr, STh 2016-01-16)

First Light For Future Black Hole Probe — Successful commissioning of GRAVITY at the VLTI

Zooming in on black holes is the main mission for the newly installed instrument GRAVITY at ESO’s Very Large Telescope in Chile. During its first observations, GRAVITY successfully combined starlight using all four Auxiliary Telescopes. The large team of European astronomers and engineers, led by the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching, who designed and built GRAVITY, are thrilled with the performance. During these initial tests, the instrument has already achieved a number of notable firsts. This is the most powerful VLT Interferometer instrument yet installed.

The GRAVITY instrument combines the light from multiple telescopes to form a virtual telescope up to 200 metres across, using a technique called interferometry. This enables the astronomers to detect much finer detail in astronomical objects than is possible with a single telescope.

Since the summer of 2015, an international team of astronomers and engineers led by Frank Eisenhauer (MPE, Garching, Germany) has been installing the instrument in specially adapted tunnels under the Very Large Telescope at ESO’s Paranal Observatory in northern Chile. This is the first stage of commissioning GRAVITY within the Very Large Telescope Interferometer (VLTI). A crucial milestone has now been reached: for the first time, the instrument successfully combined starlight from the four VLT Auxiliary Telescopes.

“During its first light, and for the first time in the history of long baseline interferometry in optical astronomy, GRAVITY could make exposures of several minutes, more than a hundred times longer than previously possible,” commented Frank Eisenhauer. “GRAVITY will open optical interferometry to observations of much fainter objects, and push the sensitivity and accuracy of high angular resolution astronomy to new limits, far beyond what is currently possible.”

As part of the first observations the team looked closely at the bright, young stars known as the Trapezium Cluster, located in the heart of the Orion star-forming region. Already, from these first commissioning data, GRAVITY made a small discovery: one of the components of the cluster was found to be a double star (copyright of image ESO/GRAVITY consortium/NASA/ESA).

The key to this success was to stabilise the virtual telescope for long enough, using the light of a reference star, so that a deep exposure on a second, much fainter object becomes feasible. Furthermore, the astronomers also succeeded in stabilising the light from four telescopes simultaneously — a feat not achieved before.

GRAVITY can measure the positions of astronomical objects on the finest scales and can also perform interferometric imaging and spectroscopy. If there were buildings on the moon, GRAVITY would be able to spot them. Such extremely high resolution imaging has many applications, but the main focus in the future will be studying the environments around black holes.

In particular, GRAVITY will probe what happens in the extremely strong gravitational field close to the event horizon of the supermassive black hole at the centre of the Milky Way — which explains the choice of the name of the instrument. This is a region where behaviour is dominated by Einstein's theory of general relativity. In addition, it will uncover the details of mass accretion and jets — processes that occur both around newborn stars (young stellar objects) and in the regions around the supermassive black holes at the centres of other galaxies. It will also excel at probing the motions of binary stars, exoplanets and young stellar discs, and in imaging the surfaces of stars.

The hardware contribution of the Cologne institute was the development and construction of the two spectrometers of GRAVITY. The spectrometers analyse the wavelength of the observed starlight and convert the photons into electronic signals.

So far, GRAVITY has been tested with the four 1.8-metre Auxiliary Telescopes. The first observations using GRAVITY with the four 8-metre VLT Unit Telescopes are planned for later in 2016.

The GRAVITY consortium is led by the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, in Garching, Germany. The other partner institutes are (copyright of image MPE):

  • LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Meudon, France
  • Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany
  • 1. Physikalisches Institut, University of Cologne, Cologne, Germany
  • IPAG, Université Grenoble Alpes/CNRS, Grenoble, France
  • Centro Multidisciplinar de Astrofísica, CENTRA (SIM), Lisbon and Oporto, Portugal
  • ESO, Garching, Germany

Erstes Licht für Instrument zur zukünftigen Beobachtung Schwarzer Löcher — Erfolgreiche Inbetriebnahme von GRAVITY am VLTI

Am Very Large Telescope der ESO in Chile wurde ein neues Instrument in Betrieb genommen, dessen Hauptaufgabe es sein wird, Schwarze Löcher zu untersuchen. Entworfen und gebaut wurde GRAVITY von einem großen Team aus europäischen Astronomen und Ingenieuren, zu dem auch Wissenschaftler aus Heidelberg, Köln und Garching gehören. Geleitet wird das Projekt vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. GRAVITYs Leistungsfähigkeit sorgt durchweg für große Begeisterung im Team. Während der ersten Beobachtungen gelang es GRAVITY bereits, das Sternlicht von allen vier VLT-Hilfsteleskopen zu bündeln. Während der ersten Tests konnte das Instrument bereits mehrere Premieren feiern. GRAVITY ist das leistungsstärkste Instrument für das VLT-Interferometer, das bisher montiert wurde.

Um ein virtuelles Teleskop mit bis zu 200 Metern Durchmesser zu bilden, kombiniert das GRAVITY-Instrument über Interferometrie das Licht von mehreren Teleskopen. Diese Technik ermöglicht es Astronomen, viel feinere Details in astronomischen Objekten zu erkennen als es mit einem einzigen Teleskop möglich wäre.

Seit dem Sommer 2015 hat ein internationales Team aus Astronomen und Ingenieuren unter der Leitung von Frank Eisenhauer (MPE, Garching) das Instrument in speziell angepassten Tunneln unter dem Very Large Telescope der ESO am Paranal-Observatorium im Norden Chiles montiert. Dies stellt die erste Phase der Inbetriebnahme von GRAVITY im Rahmen des Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dar. Ein entscheidender Meilenstein wurde jetzt erreicht: Zum ersten Mal hat  das Instrument erfolgreich das Sternlicht von den vier VLT-Hilfsteleskopen vereint (copyright of image ESO/GRAVITY consortium/NASA/ESA).

„Bereits bei den ersten Beobachtungen, und zum allerersten Mal in der Geschichte der optischen Interferometrie, konnte GRAVITY Aufnahmen mit mehreren Minuten Belichtungszeit machen, also mehr als hundert Mal länger als es vorher möglich war“, erläutert Frank Eisenhauer. „GRAVITY wird zukünftig die Beobachtung von deutlich lichtschwächeren Objekten erlauben, und verschiebt die Grenzen der Empfindlichkeit und Genauigkeit der hochauflösenden Astronomie weit über das hinaus, was derzeit möglich ist."

Im Rahmen der ersten Beobachtungen nahm das Team die hellen, jungen Sterne unter die Lupe, die als Trapez bekannt sind und sich im Herzen der Sternentstehungsregion Orion befinden. Bereits in den ersten Daten der Inbetriebnahme machte GRAVITY eine kleine Entdeckung: Eine der Komponenten des Sternhaufens stellte sich als Doppelstern heraus.

Der Schlüssel zu diesem Erfolg bestand darin, mit dem Licht eines Vergleichssterns das virtuelle Teleskop lange genug zu stabilisieren, so dass eine tiefe Aufnahme eines zweiten, deutlich lichtschwächeren Objekts möglich wird. Desweiteren gelang es den Astronomen auch, das Licht der vier Teleskope zeitgleich zu stabilisieren – ein Kunststück, das so bisher noch nie gelungen ist.

GRAVITY kann sowohl die Positionen astronomischer Objekte auf das Genauste vermessen als auch interferometrische Bildgebung und Spektroskopie durchführen. Befänden sich Gebäude auf dem Mond, würde GRAVITY sie erkennen. Solch extrem hochauflösende Bildgebung besitzt viele Anwendungsmöglichkeiten, aber der Hauptfokus wird in der Zukunft in der Untersuchung der Umgebung Schwarzer Löcher liegen.

Insbesondere wird GRAVITY untersuchen, was in dem extrem starken Gravitationsfeld nahe des Ereignishorizonts des massereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße passiert – was den Namen des Instruments erklärt. In dieser Region wird das physikalische Verhalten von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie beherrscht. Außerdem soll es Details des Massenzuwachses und Jets erkennen – Prozesse, die beide in der Nähe neugeborener Sterne (junger stellare Objekte) und in Regionen um massereiche Schwarze Löcher in den Zentren anderer Galaxien auftreten. Überragen wird es alles je dagewesene auch bei der Untersuchung der Bewegungen von Doppelsternen, Exoplaneten und jungen stellaren Scheiben, sowie bei Aufnahmen von Sternoberflächen.

Der Hardware-Beitrag des Kölner Instituts war die Entwicklung und der Bau der beiden Spektrometer von GRAVITY. Die Spektrometer analysieren die Wellenlänge des beobachteten Sternenlichts und wandeln die empfangenen Photonen in elektronische Signale um.

Bislang ist GRAVITY mit den vier 1,8-Meter-Hilfsteleskopen getestet worden. Die ersten Beobachtungen mit GRAVITY mit den vier 8-Meter-Hauptteleskopen des VLT sind im Verlauf des Jahres 2016 geplant.

Die GRAVITY-Arbeitsgemeinschaft steht unter der Führung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching. Die anderen Partner-Institute sind (Bild copyright MPE):

  • LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Meudon, Frankreich
  • Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg
  • I. Physikalisches Institut der Universität Köln
  • IPAG, Université Grenoble Alpes/CNRS, Frankreich
  • Centro Multidisciplinar de Astrofísica, CENTRA (SIM), Lissabon und Porto, Portugal
  • ESO Garching

Extragalaktische Entdeckung von Argonium mit ALMA

Argonium, ArH+, wurde mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) erstmalig in einer Galaxie außerhalb der Michstraße entdeckt. Es handelt sich dabei um die Vordergrundgalaxie mit Rotverschiebung 0,89 in Richtung des Quasars PKS 1830–211. Bei dieser Rotverschiebung blicken wir etwa 7,5 Milliarden Jahre zurück. Der Quasar dient als "Lichtquelle" für Absorptionsspektroskopie an der Vordergrundgalaxie, die das Licht des Quasars bündelt und mehrere Abbilder schafft. In den beiden hellsten Abbildern im Submillimeterbereich wurden beide interstellar wichtigen Isotopologe 36ArH+ und 38ArH+ entdeckt, und zwar in einem Verhältnis von 3,46 ± 0,16 in dem stärkeren und 4,53 ± 0,33 in dem schwächeren Abbild. Diese Verhältnisse unterscheiden sich vom Verhältnis 5,50 ± 0,01 in der Umgebung der Sonne und deuten darauf hin, dass sehr massereiche Supernovae im frühen Universum eine größere Rolle bei der Erzeugung von Elementen schwerer als Helium ("Metalle" bei den Astronomen) gespielt haben als heute, was man erwartet. Das Isotopolog 40ArH+ wurde nicht entdeckt, da 40Ar interstellar im Vergleich zu den beiden anderen Isotopen fast vernachlässigbar ist. Auf der Erde ist allerdings 40Ar das häufigste Argonisotop. Es entstand (und entsteht) durch den radioaktiven Zerfall von 40K.

Argonium wurde erst kürzlich als weit verbreitetes Molekül in der Milchstraße entdeckt. Es wurde als das Molekül bezeichnet, das Molekülwolken meidet, weil es nur im sehr diffusen interstellaren Medium vorkommt, für dieses ist es aber ein sehr guter Indikator.

H. S. P. Müller, S. Muller, P. Schilke, et al., Detection of Extragalactic Argonium, ArH+, toward PKS 1830–211, Astron. Astrophys. 582 (2015) Art.-Nr. L4.


Extragalactic Detection of Argonium with ALMA

Argonium, ArH+, was detected for the first time outside of Milkyway using the Atacama Large Millimeter Array (ALMA). The source is a foreground galaxy with redshift 0.89 toward the quasar PKS 1830–211. The look-back time at this redshift is about 7.5 billion years. The quasar illuminates the foreground galaxy for absorption spectroscopic studies. The foreground galaxy lenses the radiation of the quasar creating several images of the quasar. The two interstellar important isotopologs 36ArH+ and 38ArH+ were detected in the two most intense images in the submillimeter region. The isotopic ratio was 3.46 ± 0.16 in the stronger and 4.53 ± 0.33 in the weaker image. The ratios differ from 5.50 ± 0.01 in the Solar neighborhood, indicating that high-mass supernovae played a more pronounced role in generating elements heavier than helium (called "metals" by astronomers) in the early Universe compared to today, as may be expected. The isotopolog 40ArH+ was not detected, because 40Ar is almost negligible in comparison to the other two isotopes. On Earth, however, 40Ar is the most abundant argon isotope. It is a product of the radioactive decay of 40K.

Argonium was only recently detected as a ubiquitous molecule in our Galaxy. It was called the molecule which avoids molecular clous because it occurs only in the very diffuse interstellar medium, for which it is an excellent tracer.

H. S. P. Müller, S. Muller, P. Schilke, et al., Detection of Extragalactic Argonium, ArH+, toward PKS 1830–211, Astron. Astrophys. 582 (2015) Art. No. L4.

(hspm, 2015-10-07)

GREAT successfully completes the SOFIA Deployment to New Zealand

After being stationed in Christchurch, New Zealand, the GREAT team with strong participation of scientists from the I. Physikalisches Institut has wrapped up their 2015 work during the SOFIA Southern Hemisphere Deployment. With 5 flights flown out of the 6 planned (one flight got canceled due to ill weather conditions in the flight path) and a flawlessly functioning GREAT receiver the campaign was -  same as in 2013 -  highly successful. Operating its 1.9 THz and 4.7 THz channels a wealth of valuable data was collected for community and consortium science projects. Very high resolution spectral observations of prominent southern hemisphere sources such as the Magellanic Clouds in the fine structure transition of atomic oxygen [O I] at 4745 GHz have never been carried out before with this sensitivity. One of the core technolgies that enabled the success of these 4.7 THz observations, the superconducting mixer, was developed at the I. Physikalische Institut. The science data will provide novel insight for research of the mechanisms of star formation, in particular with comparing the [O I] data with the [C II] (fine structure line of C+ at 1900 GHz). More details and links are provided in the news entrees below.

Image credits: Patrick Pütz (University of Cologne)

(ppü 2015-08-20)

 

GREAT Einsatz auf SOFIA in Neuseeland erfolgreich beendet

Nach einem mehrwöchigen Aufenthalt in Christchurch, Neuseeland, im Rahmen der 2015 SOFIA Südhimmel Kampagne, hat das GREAT-Team mit starker Beteiligung von Wissenschaftlern des I. Physikalischen Instituts seine Arbeit erfolgreich beendet. Wie bereits während der Vorgänger-Kampagne in 2013 funktionierte der GREAT-Empfänger einwandfrei. Es wurden 5 der 6 geplanten Flüge absolviert (einer musste wegen ungünstigem Wetter gestrichen werden) und dabei wertvolle wissenschaftliche Daten für die Community und Consortium Science Projekte gewonnen. GREAT benutzte dafür seine 1.9 THz und 4.7 THz Empfänger. Der 4.7 THz Empfänger, zu dessen Erfolg  der am I. Physikalischen Institut entwickelte supraleitender Mischer als eine der wesesentlichen neuen Kerntechnologien bei trug, beobachtete dabei die Feinstruktur Spektrallinie des atomaren Sauerstoffs bei 4745 GHz. Beobachtungen von Südhimmelobjekten wie z.B. den Magellanischen Wolken wurden damit zum ersten Mal bei der mit GREAT möglichen spektralen Auflösung und Empfindlichkeit gewonnen. Diese einzigartigen Messdaten, in Kombination mit denen des vom 1.9 THz Empfänger beobachteten Feinstrukturübergangs des C+, werden neue Einblicke in die Mechanismen der Sternentstehung gewähren. Weitere Details und Links sind in den früheren News-Einträgen weiter unten zu finden.

Bildquellen: Patrick Pütz (Universität zu Köln)

(ppü 2015-08-20)

 

GREAT observation campaign New Zealand 2015

The GREAT (German Receiver for Astronomy at THz frequencies) receiver is currently observing with SOFIA as part of the 2015 New Zealand campaign. After the highly successful observations of the southern sky in 2013 the GREAT instrument once again was selected to be part of a SOFIA Southern Deployment. This time GREAT is flying with its 1.9 THz und the newly added 4.7 THz receivers. With its currently unique capability of very high resolution spectroscopy at these THz frequencies, GREAT profits from the extremely cold and dry air south of New Zealand. The improved atmospheric transmission leads to a a multifold increase in observation efficiency - particularly important for the high frequency receiver that observes the [O I] fine structure transition of atomic oxygen at 4745 GHz.

With the deplyoment from its homebase in Palmdale, CA, USA, SOFIA demonstrates its unique capability to access the whole sky. The southern sky holds many astrophysically interesting objects such as the Galactic Centre and the Magellanic Clouds and using GREAT's spectroscopic capability their complete velocity structure can be studied. For the astrophysically important [O I] line these observations are one-of-a-kind.

During the deployment SOFIA is stationed at the Christchurch airport and uses the local infrastructure from the US Antarctic program (USAP). So far three of the scheduled six flights are completed (as of July 15) with extremely smooth operations and nearly 100% of the planned observations achieved. The flights can be tracked in realtime using the NASA Asset Tracker.

As member of the (up)GREAT consortium the University of Cologne provides support personnel for instrumentation, software and the observations. In total 6 institute members have joined the 13 strong receiver team with members of the Max Planck Institute for Radioastronomy and the DLR Institute for Planetary Research Berlin.

At the I. Physikalisches Institut the community support flights are funded through grant 50-OK-1103 of the German Aerospace Center DLR as well as the Collaborative Research Center SFB956. SOFIA is a bilateral US-German project that is managed by the NASA and DLR. Members of the (up)GREAT consortium are the Max Planck Institute for Radioastronomy Bonn (PI), the Kölner Observatorium für Submm Astronomie (KOSMA) at the I. Physikalisches Institut, and the DLR Institute for Planetary Research Berlin.

 

Further Information:
NASA Blog: SOFIA 2015 Southern Hemisphere Deployment
Realtime Flight Tracker: NASA AIRBORNE SCIENCE
Latest updates: @SOFIAtelescope Twitter Account
SOFIA Begins 2015 Southern Hemisphere Science Flights
Southern Deployment 2015 Media Kit
SOFIA erkundet den Südhimmel über Neuseeland (German language)

Image credits: Patrick Pütz (University of Cologne), NASA Asset Tracker

(ppü 2015-07-15)

 

GREAT beobachtet den THz Südhimmel

Der GREAT (German Receiver for Astronomy at THz frequencies) Empfänger, mit signifikanten Beiträgen des I. Physikalischen Instituts der Universität zu Köln, wird derzeit während des Neuseeland Südkampagne auf SOFIA eingesetzt. Auf Basis der sehr erfolgreichen Beobachtungskampagne in 2013 wurde GREAT als eins von mehreren Instrumenten ausgewählt um am SOFIA Southern Deployment teilzunehmen.

Eingesetzt werden dieses Mal auf GREAT der bewährte 1.9 THz sowie der neuentwickelte 4.7 THz Empfänger. Insbesondere der 4.7 THz Empfänger, der den [O I] Feinstrukturübergang des atomaren Sauerstoffs bei 4745 GHz beobachtet, profitiert dabei sehr von der kalten und trockenen Stratosphärenluft südlich Neuseelands. Mit der Südkampagne demonstriert SOFIA, Heimatflughafen ist Palmdale, CA (USA), dass es aufgrund seiner Mobilität Beobachtungen des ganzen Himmels ermöglicht. Der Südhimmel bietet viele astrophysikalisch interessante Quellen, die nur schwer oder gar nicht von der Nordhemisphäre beobachtet werden können, wie z.B. das Galaktische Zentrum und die Magellanischen Wolken. GREAT ist mit seinen spektroskopischen Fähigkeiten für die THz-Astronomie derzeit konkurrenzlos und ermöglicht die Beobachtung und Bestimmung der kompletten Geschwindigkeitsstruktur der anvisierten astronomischen Quellen.

Stützpunkt für die Beobachtungsflüge in Neuseeland ist der Flughafen Christchurch unter Verwendung der lokal verfügbaren Infrastruktur des US Antarktis Programms (USAP). Derzeit (Stand 15 Juli) sind bereits 3 von 6 Flügen überaus erfolgreich absolviert worden und es konnten so gut wie 100% des geplanten Beobachtungsprogramms absolviert werden. Die SOFIA Beobachtungsflüge können in Echtzeit vom NASA Asset Tracker verfolgt werden.

Das I. Physikalische Institut hat als wichtiges Mitglied des (up)GREAT Konsortiums 6 Personen für die Kampagne bereitgestellt, welche ihr Knowhow in der Instrumentierung, der Software und der astronomischen Beobachtungen und Datenauswertung einbringen können. Das GREAT Team vor Ort besteht aus insgesamt 13 Personen mit Beteiligung der Institute Max-Planck-Institut für Radioastronomie Bonn und des DLR Instituts für Planetenforschung Berlin.

Am I. Physikalischen Institut wird die Betreuung der Community Science Projekte von (up)GREAT durch Mittel der Deutschen Luft- und Raumfahrt, DLR, Förderkennziffer 50-OK-1103, finanziert, sowie durch Ressourcen des Sonderforschungsbereichs SFB956 unterstützt. SOFIA ist ein bilaterales US-Amerikanisch-Deutsches Projekt, welches von der NASA und DLR geführt wird. Das (up)GREAT Konsortium besteht aus den Instituten Max-Planck-Institut für Radioastronomie Bonn (Projektleitung), dem Kölner Observatorium für Submm Astronomie (KOSMA) am I. Physikalischen Institut und dem DLR Institut für Planetenforschung Berlin.

 

Weiterführende Links:
NASA Blog: SOFIA 2015 Southern Hemisphere Deployment (in englischer Sprache)
Realtime Flight Tracker: NASA AIRBORNE SCIENCE (in englischer Sprache)
Latest updates: @SOFIAtelescope Twitter Account (in englischer Sprache)
SOFIA Begins 2015 Southern Hemisphere Science Flights (in englischer Sprache)
Southern Deployment 2015 Media Kit (in englischer Sprache)
SOFIA erkundet den Südhimmel über Neuseeland

Bildquellen: Patrick Pütz (Universität zu Köln), NASA Asset Tracker

(ppü 2015-07-15)

 

New Multi-pixel Receiver upGREAT for SOFIA

After several years of development the first multi-pixel extension of the GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies), named the upGREAT low frequency array (LFA), was put into operation on SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). As developer of the superconducting mixers, observation software and resources for testing, operation and data analysis the I. Physikalisches Institut of the Universität zu Köln is a significant contributor to upGREAT, which is built and operated by a consortium of German institutions lead by the Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.

upGREAT in its final development stage will feature 14 pixels of the LFA at 1900 GHz for, amongst others, observation of the [C II] fine structure transition of the ionized carbon atom, and 7 additional pixels with the high frequency array (HFA) targeting the [O I] fine structure transition of atomic oxygen at 4745 GHz. upGREAT being a heterodyne receiver provides very high spectral resolution data with each pixel, allowing the analysis of the complete velocity structure of the astronomical sources. In comparison to the single pixel receivers of GREAT the significant increase of pixel numbers leads to an overall much improved observational efficiency, which is beneficial for mapping of extended astronomical sources.

Besides the primary goal to collect valuable engineering data and determine the operational parameters and instrument efficiency of the LFA, we were able to record a wealth of high quality astronomical data during the commissioning flights. This data will be further analysed for subsequent publication.

At the I. Physikalisches Institut the hardware and software development for upGREAT as well as its operation are funded through grant 50-OK-1103 of the German Aerospace Center DLR as well as the Collaborative Research Center SFB956.

SOFIA is a bilateral US-German project that is managed by the NASA and DLR. Members of the upGREAT consortium are the Max Planck Institute for Radioastronomy Bonn (PI), the Kölner Observatorium für Submm Astronomie (KOSMA) at the I. Physikalisches Institut, and the DLR Institute for Planetary Research Berlin.

Further information:
DLR Nachrichten: upGREAT – a new far-infrared spectrometer for SOFIA
Informationsdienst Wissenschaft (idw): Erster erfolgreicher Einsatz von upGREAT (German language)
Max Planck Institute for Radio Astronomy: First Successful Mission of upGREAT
Kölner Wissenschaftsrunde: “upGREAT” für die fliegende Sternwarte SOFIA (German language)
SOFIA Science Center
Deutsches SOFIA Institut
Terahertz Detector Development at the I. Physikalisches Institut

Image credits: Robert Simon, Patrick Pütz (University of Cologne)

(fsc 2015-06-05, ppü 2015-07-10)

 

Neuer Mehrpixel-Empfänger upGREAT für SOFIA

Nach mehrjähriger Entwicklungszeit ist die erste Mehrpixel-Erweiterung des Heterodyn-Empfängersystems GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies), das upGREAT low frequency array (LFA) am fliegenden Observatorium SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) erfolgreich zum Einsatz gekommen. Das I. Physikalische Institut der Universität zu Köln ist im Rahmen eines Konsortiums deutscher Institutionen, geführt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, maßgeblich als Entwickler der supraleitenden Mischer, der Beobachtungssoftware und der Planung, Durchführung und Auswertung der astronomischen Beobachtungen beteiligt.

upGREAT wird in seiner finalen Ausbaustufe 14 Pixel mit höchster spektraler Auflösung bei 1900 GHz („low frequency array“, LFA), insbesondere zur Beobachtung des Feinstruktur-Übergangs des einfach ionisierten atomare Kohlenstoffs [C II], und 7 weiterer Pixel bei 4745 GHz („high frequency array“, HFA) zur Beobachtung des Feinstruktur-Übergangs des atomaren Sauerstoffs [O I] bieten. Aufgrund der Funktionsweise der Heterodyn-Empfänger lässt sich das Signal von jedem der 14 Detektoren spektral hoch aufgelöst analysieren, so dass die vollständige Information über die Geschwindigkeitsstruktur der Quelle gewonnen werden kann. Die Steigerung der Pixelzahl über den der Einzelpixel Empfänger des GREAT Basis-Systems führt zu einer entsprechenden Vervielfachung der Beobachtungseffizienz, was insbesondere der Erstellung von Karten ausgedehnter astronomischer Quellen zugutekommt.

Die Erstinbetriebnahme der 14 LFA Pixel im Mai 2015 war bei den 4 Flügen auf SOFIA derart erfolgreich, dass neben dem Hauptziel dieser Flüge, nämlich die Performance Charakteristika der neuen Empfängerkomponenten im Einsatz zu verifizieren, eine Vielzahl verwertbarer Daten gewonnen wurde, die einer weiteren wissenschaftlichen Verwertung zugute kommen wird.

Die Hard- und Software Entwicklung und der Betrieb des upGREAT Empfängers am I. Physikalischen Institut wird von der Deutschen Luft- und Raumfahrt, DLR, Förderkennziffer 50-OK-1103, finanziert, sowie durch Ressourcen des Sonderforschungsbereichs SFB956 unterstützt.

SOFIA ist ein bilaterales US-Amerikanisch-Deutsches Projekt, welches von der NASA und DLR geführt wird. Das upGREAT Konsortium besteht aus den Instituten Max-Planck-Institut für Radioastronomie Bonn (Projektleitung), dem Kölner Observatorium für Submm Astronomie (KOSMA) am I. Physikalischen Institut und dem DLR Institut für Planetenforschung Berlin.

Weiterführende Links:
DLR Nachrichten: "upGREAT" für die fliegende Sternwarte SOFIA
Informationsdienst Wissenschaft (idw): Erster erfolgreicher Einsatz von upGREAT
Max Planck Institute für Radioastronomie: Erster erfolgreicher Einsatz von upGREAT
Kölner Wissenschaftsrunde: “upGREAT” für die fliegende Sternwarte SOFIA
SOFIA Science Center (in englischer Sprache)
Deutsches SOFIA Institut
Terahertz Detector Development at the I. Physikalisches Institut (in englischer Sprache)

Bildquellen: Robert Simon, Patrick Pütz (Universität zu Köln)

(fsc 2015-06-05, ppü 2015-07-10)

 

Klaus Liebrecht price 2014

(Bild: © Patric Foud)

Marc Peter Westig received the Klaus Liebrecht dissertation price of the Faculty of Mathematics and Natural sciences of the University of Cologne for the year 2014. In his PhD thesis with the title "Quantum limited balanced superconducting 380-520 GHz mixer on a silicon membrane and mesoscopic tunnel devices for terahertz frequencies", he worked on new detector circuits for astronomical applications and on device physics aspects of superconductors out of thermal equilibrium. Key results of his thesis include the experimental proof of the first on-chip superconducting balanced mixer at 500 GHz with quantum limited performance and a new hybrid SIS junction technology, suitable for terahertz frequencies.

(fsc 2015-02-12)