Interpretiere das Universum! Dieses „leistungsstarke“ astronomische Teleskop stellt einen neuen Weltrekord auf!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Crossing the Stars Team

Hersteller: China Science Expo

Wenn es um die Beobachtung des Universums geht, ist die Hilfe astronomischer Teleskope unverzichtbar. Wenn wir über astronomische Teleskope sprechen, müssen wir dieses „astronomische Beobachtungsartefakt“ erwähnen – LAMOST. Vor kurzem ist LAMOST wieder ins Rampenlicht gerückt, weil es erstmals die Spektralzahl von 20 Millionen durchbrochen hat.

Was genau ist LAMOST, diese „mächtige Kraft“ in der Welt der astronomischen Teleskope? Wie spielt es die Rolle eines kosmischen „Sternenaufklärers“?

Das Sichtfeld ist groß und die Blende ist groß

Das Guo Shoujing-Teleskop (LAMOST, Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) ist ein neuartiges Teleskop mit großem Sichtfeld und großer Blendenöffnung.

Der Bau von LAMOST, einem bedeutenden nationalen Wissenschaftsprojekt, begann im September 2001 und wurde im Oktober 2008 abgeschlossen. Im April 2009 bestand es die von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften organisierte Prozessbewertung und die Anerkennung von vier Fachgruppen, darunter Bau, Finanzen, Ausrüstung und Archive. Am 4. Juni 2009 hat es die nationale Abnahme durch die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission erfolgreich bestanden.

Mit der Fertigstellung von LAMOST wurde das schwierige Problem gelöst, in astronomischen Teleskopen sowohl ein großes Sichtfeld als auch eine große Öffnung zu erreichen. Es ist das größte Großfeldteleskop der Welt und ein weiterer Meilenstein in der Entwicklung optischer Teleskope in meinem Land. Dadurch wurden die unabhängigen Innovationsfähigkeiten meines Landes im Bereich großflächiger, multiobjektbasierter faseroptischer Spektroskopiegeräte deutlich verbessert.

Zehn Millionen Spektren haben sich in zehn Jahren erneut verdoppelt, der höchste Wert weltweit

Im letzten Jahrzehnt hat LAMOST den Weg für groß angelegte internationale Spektraluntersuchungen geebnet und sich zu einem Klassiker unter den großen internationalen optischen Teleskopen entwickelt.

Bei der Annahme des Projekts im Jahr 2009 wiesen die Abnahmeexperten darauf hin, dass LAMOST ein Modell für unabhängige Innovation im chinesischen Wissenschafts- und Technologiebereich sei. Dadurch wird die Zahl der von der Menschheit beobachteten Himmelsspektren um ein Vielfaches auf mehrere zehn Millionen steigen und China zu einem internationalen Vorreiter auf diesem Gebiet machen.

Im Jahr 2019 war LAMOST das weltweit erste Himmelsdurchmusterungsprojekt, das insgesamt über 10 Millionen Spektren veröffentlichte.

In vier Jahren hat sich die Anzahl der von LAMOST erfassten Spektren erneut verdoppelt. Am 30. März 2023 veröffentlichte das Nationale Astronomische Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften den Datensatz LAMOST DR10 (v1.0) für inländische Astronomen und internationale Mitarbeiter. Der Datensatz enthält insgesamt mehr als 22,29 Millionen Spektren, das ist das 2,9-fache der Gesamtzahl der von anderen internationalen Durchmusterungsteleskopen veröffentlichten Spektren. LAMOST war das weltweit erste Himmelsdurchmusterungsprojekt, das mehr als 20 Millionen Spektren veröffentlichte.

Das Universum interpretieren und aufrüsten, um die Führungspositionen der Wissenschaft zu erobern

LAMOST hat Astronomen auf der ganzen Welt dabei geholfen, eine Reihe bedeutender Durchbrüche zu erzielen, die neue Rekorde aufgestellt und das Ausmaß ihrer Forschungen zur Struktur, Entstehung und Entwicklung der Milchstraße, zur Erforschung der Sternphysik und zur Suche nach besonderen und kompakten Himmelskörpern gesteigert haben.

1. Zeichnen eines Raum-Zeit-„Porträts“ der Milchstraße

Seit der Antike hat diese sich über den Himmel erstreckende Milchstraße die grenzenlose Fantasie der Menschen geweckt und ihren mutigen Erkundungsdrang geweckt. Die 20 Millionen Spektraldatensätze von LAMOST haben den Grundstein für die „Digitale Milchstraße“ gelegt, die für die Erstellung des raumzeitlichen „Porträts“ der Milchstraße von unersetzlicher wissenschaftlicher Bedeutung ist. Von „Höhe und Gewicht“ über „Aussehen und Gestalt“ bis hin zur „Wachstumsgeschichte“ hilft LAMOST Astronomen, das Gesamtbild der Milchstraße in mehreren Dimensionen darzustellen.

Im Jahr 2021 nutzten Astronomen LAMOST- und Gaia-Daten, um zu enthüllen, dass die Substrukturen (Sternhaufen) in der antigalaktischen Zentrumsrichtung der Milchstraße aus der äußeren Scheibe der Milchstraße stammen und nicht aus den Relikten von Zwerggalaxien, die von der Milchstraße angehäuft wurden. Diese Schlussfolgerung beendet die langjährige Kontroverse in der astronomischen Gemeinschaft über den Ursprung der Substruktur des antigalaktischen Zentrums.

Am 24. März 2022 veröffentlichte der Titelartikel von Nature ein Forschungsergebnis chinesischer und ausländischer Astronomen. Mithilfe von Himmelsdurchmusterungsdaten von LAMOST und dem Gaia-Satelliten der ESA haben Forscher die bislang genauesten Altersinformationen zu 250.000 Sternen in der Milchstraße erhalten und konnten so die Wachstumsgeschichte der Milchstraße in ihrer Kindheit und Jugend auf der Zeitachse eindeutig wiederherstellen.

Schematische Darstellung der frühen Entstehung und Entwicklung der Milchstraße: Der Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren, die dicke Scheibe der Milchstraße begann sich vor 13 Milliarden Jahren zu bilden, der Halo der Milchstraße entstand vor 11 Milliarden Jahren und die dünne Scheibe der Milchstraße hat sich von vor 8 Milliarden Jahren bis heute gebildet

(Fotoquelle: Yu Jingchuan)

Im Jahr 2022 haben Forscher auf Grundlage von LAMOST-Daten genau gemessen, dass die Masse der Milchstraße etwa 550 Milliarden Mal so groß ist wie die Masse der Sonne. Das ist fast die Hälfte des von anderen internationalen Teams gemessenen Durchschnittswerts (etwa 1 Billion Mal die Masse der Sonne) und die Genauigkeit ist fast doppelt so hoch. Dies bedeutet, dass die Milchstraße möglicherweise nur halb so schmal ist wie traditionell angenommen.

LAMOST hat mit seinen neuen wissenschaftlichen Entdeckungen das Raum-Zeit-„Porträt“ der Milchstraße neu gezeichnet.

LAMOST und die Galaxie

(Bildquelle: National Astronomical Observatory)

2. Das Geheimnis der Sternenwelt lüften

Sterne sind die wichtigsten Sonden für die Astrophysik und die Rückverfolgung der Geschichten von Sternen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg war schon immer ein heißes Thema an der Spitze der astronomischen Forschung. In den letzten Jahren hat LAMOST auch auf dem Gebiet der Sternphysik geglänzt.

Anfang 2023 veröffentlichten Forscher mithilfe von LAMOST-Daten in Nature ein wichtiges Ergebnis: Zum ersten Mal wurde beobachtet, dass sich eine sehr wichtige grundlegende Theorie der Astrophysik – die „stellare anfängliche Massenfunktion“ – im Laufe der Evolutionsgeschichte und der Umgebung der Milchstraße signifikant verändert hat.

3. Förderung neuer Entdeckungen im „Black Hole Hunter Program“

Im Jahr 2022 erscheint die internationale Fachzeitschrift Nature. Astronomy hat eine wichtige Entdeckung des LAMOST-Projekts zur Schwarzlochsuche veröffentlicht. Basierend auf den Daten der LAMOST-Zeitbereichsuntersuchung entdeckte das Forschungsteam einen ruhigen Neutronenstern etwa 1037 Lichtjahre von der Erde entfernt. Dies ist ein weiterer wichtiger Erfolg des LAMOST Black Hole Hunter-Projekts auf dem Gebiet der Suche nach kompakten Objekten nach der Identifizierung eines ruhenden Schwarzen Lochs mit Sternmasse im Jahr 2019.

Schematische Darstellung der Entdeckung eines ruhigen Neutronensterns durch LAMOST

(Fotoquelle: Yu Jingchuan)

Der Vorteil der groß angelegten Himmelsdurchmusterung von LAMOST besteht darin, dass Astronomen Methoden zur Überwachung der Radialgeschwindigkeit nutzen können, um ruhige Schwarze Löcher, Neutronensterne und andere kompakte Objekte zu entdecken. Dadurch werden die Beobachtungsbeschränkungen aufgehoben, die sich aus der Abhängigkeit von Röntgenstrahlen zur Suche nach kompakten Objekten ergeben.

4. Suche nach seltenen „Sternen“ im Sternenmeer

Die Suche nach seltenen Himmelskörpern ist eine äußerst wertvolle Arbeit, aufgrund ihrer Seltenheit ist sie jedoch äußerst schwierig. Ohne eine große Datenmenge im „Ozean“ wäre es fast unmöglich, eine „Nadel im Heuhaufen“-Suche durchzuführen. In den letzten Jahren war LAMOST voller Sterne und kostbarer Muscheln. Immer wieder tauchen besondere Himmelskörper auf, die zu wertvollen „Codes“ werden, mit denen sich die Geheimnisse des Universums entschlüsseln lassen.

Im Jahr 2022 nutzten Astronomen die Vorteile der Himmelsdurchmusterung von LAMOST und entdeckten auf einmal neun seltene Zwerge mit einem hohen Lithiumgehalt. Einer von ihnen hat einen 31-mal höheren Lithiumgehalt als die Sonne und stellt damit einen neuen Rekord für den Lithiumgehalt dieser Art von Sternen dar.

Im Jahr 2022 entdeckte ein chinesisches Forschungsteam 734 extrem kalte Zwerge in den LAMOST-Spektraldaten. Dabei handelt es sich derzeit um die größte Stichprobe extrem kalter Zwerge mit einheitlichen Spektraldaten.

5. Informationen aus dem fernen Universum erfassen

Quasare sind die hellsten kontinuierlich leuchtenden Objekte im Universum und wichtige Sonden für die Erforschung des fernen Universums. Bis heute beträgt die Gesamtzahl der von LAMOST bestätigten Quasare 56.176, von denen 24.127 von LAMOST zum ersten Mal entdeckt wurden.

Im Jahr 2022 entdeckten Astronomen 1.547 kompakte Galaxien im LAMOST-Massenspektrum, von denen 1.417 neu entdeckt wurden, darunter eine große Anzahl von Grüne-Erbsen-Galaxien, Blaubeergalaxien und Purpurtraubengalaxien.

Die am weitesten entfernte dieser Galaxien ist etwa 9 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Dabei handelt es sich um die Forschungsarbeit, bei der die bislang größte Zahl kompakter Galaxien gleichzeitig entdeckt wurde. Zuvor bestand die größte Stichprobe kompakter Galaxien mit spektralen Informationen aus nur etwa 800 Mitgliedern. Diese kompakten Galaxien liefern neue Erkenntnisse zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien im frühen Universum.

Von links nach rechts: Grüne Erbsengalaxie, Blaubeergalaxie und Lila Traubengalaxie

(Bildquelle: National Astronomical Observatory)

Zehn Jahre Himmelsdurchmusterungen der Galaxie: Zukunftsaussichten für LAMOST

Die Sonne geht auf und der Mond bleibt konstant, das Universum ist hell. Die zweite Phase der Spektraluntersuchung endet im Juni 2023, und die dritte Phase der Spektraluntersuchung soll im September 2023 beginnen.

Eine neue Reise, ein neues Ziel, und los geht‘s. LAMOST wird weiterhin über den Sternenhimmel wachen und die Entwicklung der ersten großen astronomischen wissenschaftlichen und technologischen Infrastruktur meines Landes aufzeichnen und miterleben.

Herausgeber: Guo Yaxin