Die Radioastronomie ist ein Zweig der Astronomie, der Techniken zum Nachweis von Radiophotonen verwendet. Obwohl sie die niederenergetischsten Photonen sind, stammen diese Photonen oft von den energiereichsten Prozessen im Universum. Neben Einblicken in die Physik beispielsweise kompakter Objekte liefern Photonen auch Informationen über chemische Prozesse im interstellaren Medium oder über die Relikte des Urknalls. Allen Anwendungen gemeinsam ist, dass sich Radiowellen nahezu ungehindert durch den Kosmos ausbreiten, eine Eigenschaft, die sie mit Gravitationswellen verbindet. Gleichzeitig ist die Anzahl der Photonen, die von Radioteleskopen empfangen und detektiert werden, enorm, was Messungen mit ultrahoher Zeitauflösung ermöglicht, die ein dynamisches Universum auf Zeitskalen von Nanosekunden offenbaren. Infolgedessen sind viele Objekte und Phänomene nur bei Radiowellenlängen sichtbar und bieten eine wichtige und unverzichtbare Sicht, die andere Multimessenger-Beobachtungen ergänzt.
Jets und Multi-Wellenlängen
Das SKA wird große Teile des Universums vermessen und damit direkte Studien darüber ermöglichen, wie sich kosmische Strukturen im Laufe der Zeit entwickelt haben. Von besonderem Interesse sind dabei Fragen, wie supermassereiche Schwarze Löcher durch Akkretion gewachsen sind und wie die dabei erzeugte intensive Strahlung auf die Galaxien gewirkt hat, in denen sie sich befinden.
Kosmischer Magnetismus
Magnetfelder spielen oft eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Himmelsobjekten, wie zum Beispiel die spektakulären Ausbrüche in der Sonnenkorona zeigen. Die Empfindlichkeit früherer Teleskope reichte jedoch nicht aus, um die Entwicklungsgeschichte der kosmischen Magnetfelder aufzuklären. Der enorme Fortschritt der Beobachtungsmöglichkeiten durch das SKA wird es erstmals ermöglichen, die Magnetisierung von der Milchstraße bis hin zum Medium, das die Galaxien in den Galaxienhaufen umgibt, im Detail zu untersuchen. Mit dem SKA wird es somit erstmals möglich sein, die Entwicklungsgeschichte der Magnetfelder im Universum aufzuklären.
Einsteins Universum
Zahlreiche Experimente haben gezeigt, dass die Gravitation am besten durch die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) von Albert Einstein beschrieben wird. Hatte Einstein Recht? Gerade mit Hilfe der Radioastronomie können diese Effekte mit bisher unerreichter Präzision gemessen und die Frage letztlich beantwortet werden. Die bisher einzige Methode, Gravitationswellen zu empfangen, ist die Radioastronomie. Hier nutzen wir das SKA und die Pulsare als galaxiengroße Arme eines kosmischen Gravitationswellendetektors. Mit diesem Experiment können wir nicht nur die Theorie der Gravitation überprüfen und gegebenenfalls verbessern, sondern auch die Entstehung von Galaxien wie der Milchstraße viel besser verstehen.
Zeitliche Variabilität
Entgegen dem weit verbreiteten Bild eines ewig unveränderlichen Kosmos ist das Universum äußerst dynamisch. Viele Sterne, Schwarze Löcher und unbekannte Objekte ändern zum Teil sehr schnell ihre Helligkeit, explodieren oder zeigen langfristige Schwankungen ihrer abgestrahlten Energie. Im Radiowellenlängenbereich sind diese Phänomene besonders auffällig. Einige besonders auffällige Phänomene zeitlicher Variationen im Radiowellenlängenbereich - wie die Strahlungsausbrüche massereicher Schwarzer Löcher - sind Gegenstand intensiver Forschung und sollen mit dem SKA-Teleskop näher untersucht werden.
Auf dem Weg zur Präzisionskosmologie
Die jüngsten Fortschritte bei der Definition des kosmologischen Standardmodells - bekannt als ΛCDM - wurden von Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) dominiert. Jenseits des ΛCDM-Modells kann ein breites Spektrum physikalischer Phänomene untersucht werden. Dazu gehören der dunkle Sektor, der für die kosmische Beschleunigung verantwortlich ist, massive Neutrinos und die ursprüngliche „Non-Gaussianity“. Obwohl diese Phänomene durch weitere Beobachtungen des CMB eingegrenzt werden können, ist die Untersuchung großskaliger Strukturen, die das Universum bei relativ niedrigen Rotverschiebungen abbilden, von entscheidender Bedeutung, um einige der Degenerationen zu lösen, die den Beobachtungen des CMB inhärent sind.
Das kosmische Morgengrauen – Epoche der Reionisierung
Die kosmische Hintergrundstrahlung liefert uns ein Bild des Universums, wie es etwa 100.000 Jahre nach dem Urknall aussah, man spricht von einem Babyfoto des Universums, das 13,6 Milliarden Jahre alt ist. Optische und Infrarot-Teleskope liefern uns Beobachtungsdaten, die fast 13 Milliarden Jahre zurückreichen. Mit dem SKA können wir die Lücke zwischen Mikrowellen und optischen Beobachtungen schließen und beobachten, was im Universum zwischen 500.000 Jahren und einer Milliarde Jahre nach dem Urknall geschah. In dieser Zeit kollabierten die ersten Strukturen unter der Schwerkraft und die ersten Galaxien begannen zu leuchten.
Wiege des Lebens
Die Frage nach dem Ursprung des Lebens ist eine der grundlegenden Fragen der Menschheit. Das SKA-Projekt untersucht, wie Planeten die Grundlagen für Leben schaffen.
- Erklärung der Entstehung von Planeten wie unserer Erde
- Suche nach Makromoleküle als Bausteine des Leben
- Untersuchung der Magnetfeldern um Exoplaneten
- Suche nach außerirdischem Leben