Op 16 september 2019 om 04:14 CEST, het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) zal naar verwachting landen op de luchthaven van Stuttgart. Het observatorium in de lucht is een gezamenlijk project van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA en het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR). SOFIA zal op 18 september om 19:40 CEST vertrekken vanuit Stuttgart voor haar eerste wetenschappelijke onderzoeksvlucht boven Europa, waarin het over 12 landen zal vliegen. Het idee hierachter is dat, tijdens zijn Europese missie, SOFIA zal veel verder naar het noorden vliegen dan mogelijk is bij het opstijgen vanaf haar thuisbasis in Palmdale, Zuid-Californië. Hoe dichter het infraroodobservatorium naar de polen kan vliegen, hoe minder waterdamp er in de atmosfeer erboven aanwezig is, betere observatieomstandigheden bieden.

"Dit is een heel speciale gelegenheid - SOFIA zal opstijgen vanaf Stuttgart voor zijn eerste Europese wetenschappelijke onderzoeksvlucht, " zegt Pascale Ehrenfreund, Voorzitter van de Raad van Bestuur van DLR. "De onderzoekers aan boord gaan de gebieden rond zwarte gaten verkennen en onderzoeken of donkere energie er echt voor zorgt dat het universum steeds sneller uitdijt."

Stervorming volgen

Niet alleen zette de mens 50 jaar geleden in 1969 voor het eerst voet op de maan, maar ook NASA-wetenschappers ontdekten - enigszins toevallig - een heel speciaal sterrenstelsel. Markarian 231 - in het sterrenbeeld Grote Beer - bevindt zich op ongeveer 600 miljoen lichtjaar van de aarde. Dit is ongeveer 300 keer verder weg dan de Andromeda Galaxy, dat het dichtstbijzijnde sterrenstelsel is bij de Melkweg. Niettemin, Markarian 231 is een van de dichtstbijzijnde sterrenstelsels bij de aarde die zowel extreem helder is als een actieve galactische kern (AGN). Zijn helderheid in het infrarode gebied van het spectrum maakt Markarian 231 tot een van de helderste en bekendste ultralichtgevende infraroodstelsels. In het midden cirkelen twee zwarte gaten om elkaar heen. Een van hen, met vier miljoen zonsmassa's, is vrij klein; de andere, die 150 miljoen zonsmassa's weegt, is veel groter. Onderzoekers zijn geïnteresseerd in het gebied rond deze zwarte gaten tijdens SOFIA's eerste Europese vlucht. Een stoftorus omringt hen.

Deze donutvormige gebieden zijn te vinden rond elke AGN. Echter, de rol die ze spelen bij het genereren van radiojets blijft onduidelijk. Dit zijn paren plasmajets die met relativistische snelheden uit het centrum van een AGN worden uitgestoten. Niet elke AGN produceert zulke radiojets, zoals blijkt uit radioastronomische waarnemingen. Eerdere studies met SOFIA hebben aangetoond dat het magnetische veld in deze met stof beladen tori kan helpen om de vorming van radiostralen op gang te brengen. Kan het ontstaan ​​van de jets echt worden herleid tot de aanwezigheid - of zelfs de afwezigheid - van een magnetisch veld? Dit is een belangrijke vraag waar astronomen nog geen antwoord op hebben gevonden.

Aangezien alleen het infraroodinstrument met hoge resolutie Airborne Wideband Camera (HAWC+) op SOFIA magnetische velden in dit golflengtebereik kan meten, de onderzoekers willen het gebruiken om de verbinding tussen deze velden en radiojets te ontcijferen. Ze begonnen hun observaties van de AGN van Cygnus A tijdens een vlucht boven Zuid-Californië in 2018. "SOFIA's eerste Europese missie zal dit onderzoek voortzetten om eindelijk het astronomische mysterie van radiojets op te lossen, " legt Alessandra Roy uit, de Duitse SOFIA Project Scientist bij de DLR Space Administration, die samen met NASA het luchtobservatorium exploiteert.

Daagt het heelal steeds sneller uit?

Het heelal is sinds de oerknal continu aan het uitdijen. Deze ontdekking werd gedaan door Edwin Hubble in 1929. Toen, eind jaren tachtig, de Nobelprijswinnende astrofysici Saul Perlmutter, Adam Riess en Brian Schmidt begonnen supernova's van het type 1a te observeren. Deze stellaire explosies, aangeduid als 'kosmische vuurtorens, " zijn van ver zichtbaar en hebben altijd dezelfde helderheid. Hierdoor kunnen hun afstanden duidelijk worden bepaald, hoe helderder deze type 1a-supernova's verschijnen, hoe dichter ze bij de waarnemer zijn. Door de helderheid van veel supernova's te bepalen, konden onderzoekers vaststellen of de uitdijing van het heelal versnelt of niet. De resultaten kwamen als een verrassing. De waargenomen stellaire explosies waren minder licht dan verwacht.

Dit maakte de drie onderzoekers duidelijk dat de uitdijing versnelt en het universum uit elkaar wordt gedreven door een mysterieus versnellingsmechanisme dat nu Dark Energy wordt genoemd. Maar is dit echt zo? Is de onverwacht lage helderheid te wijten aan het feit dat het heelal met toenemende snelheid uit elkaar beweegt? Of was er een probleem met de waarnemingen? "Dit zijn precies de vragen die onderzoekers uit Austin, Texas zal toespreken terwijl ze het HAWC+-instrument aan boord van SOFIA gebruiken om stof waar te nemen in de thuissterrenstelsels van type 1a-supernova's. Ze gaan het stofgehalte meten in het gebied rond de stellaire explosie. Soortgelijke waarnemingen zullen ook worden uitgevoerd door de Euclid-ruimtetelescoop van het Europees Ruimteagentschap, die gepland staat voor lancering in 2022. Na deze observaties, we zullen misschien nauwkeuriger weten of de uitdijing van het universum echt wordt versneld door donkere energie, " legt Roy uit, die betrokken is bij zowel de Euclid- als de SOFIA-missies.

De nachtelijke hemel van Europa - een schatkamer vol kosmische geheimen

Tijdens de 10-uur durende vlucht van SOFIA staan ​​nog een aantal andere wetenschappelijke waarnemingen gepland. Astronomen van het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, zal zich richten op het Serpens Zuid-gebied van de Serpens-wolk - een formatie met extreem jonge sterren - vanuit de lucht boven Frankrijk. Met deze drie tot vier miljoen jaar oude sterren, onderzoekers kunnen de stervorming bijna vanaf het begin volgen en meer te weten komen over dit proces. De volgende waarneming zal zich richten op het L 1495-filament in de Taurus Molecular Cloud. Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley (VS) wil weten welke rol de dynamiek van magnetische velden speelt in het vormingsproces van draadvormige wolken. "Dit wordt de langste enkele observatie van SOFIA tijdens haar eerste observatievlucht in Europa. De reis begint ten zuiden van de Zweedse kust, boven de Oostzee, en door Polen, Tsjechië, Oostenrijk, Slovenië, Kroatië, de Adriatische Zee en Italië - bijna tot aan Sicilië, " zegt Clemens Plank, Project Engineer voor SOFIA bij de DLR Space Administration, het vluchtplan bespreken. Dit moest vooraf worden overeengekomen met alle relevante Europese luchtverkeersautoriteiten.

Jong publiek aan boord

Niet alleen wetenschappers zullen aan boord zijn voor deze spannende expeditie. Een team van het Duitse kindertelevisieprogramma "Sendung mit der Maus" (uitzending met de muis) zal het publiek van de muis inzicht geven in de onderzoeksvlucht van SOFIA in een speciale show getiteld "Telescopen en infraroodastronomie". In aanvulling, een winnaar van de wedstrijd "Jugend forscht" voor jonge onderzoekers vliegt aan boord van SOFIA tijdens zijn Europese première.