Hochpräzise Spektren der Sonnenatmosphäre als Nagelprobe für solare Atmosphärenmodelle

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275523552

Am deutschen Vakuum-Turm-Teleskop (VTT) auf Teneriffa haben wir einen Laser-Frequenzkamm installiert, fasergekoppelt mit dem hochauflösenden Spektrographen des VTT. Damit können die absoluten Wellenlängen der Spektrallinien zwischen 500 und 700 nm mit einer Genauigkeit von 10-9 gemessen werden. Dies entspricht einer Dopplerverschiebung von 0.5 ms-1. Mit diesem weltweit einzigartigen Instrument wollen wir grundlegende Messungen mit bisher nicht erreichter Genauigkeit durchführen, und unser Verständnis der Sonnenatmosphäre auf Prüfstand stellen.Gleichzeitig mit der absoluten Wellenlänge von Spektrallinien werden wir die spektrale Verbreiterung des Spektrographen genau vermessen, um damit die Äquivalentbreite, die Asymmetrien und Positionen der Linien exakt zu bestimmen und mit Vorhersagen von Modellen der Sonnenatmosphäre zu vergleichen. Die Kopplung der Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder der solaren Granulation erzeugen eine charakteristische Linienasymmetrie (bekannt als C-shape) und eine Verschiebung der Wellenlänge (bekannt als konvektive Blauverschiebung). Mit unseren Messungen werden wir die Gültigkeit der theoretischen Vorhersagen, die mit Simulationen gewonnen wurden, überprüfen. Da sowohl Linienasymmetrie als auch die konvektive Blauverschiebung vom heliozentrischen Winkel, d.h. vom Blickwinkel in die Sonnenatmosphäre, abhängen, können Doppeldeutigkeiten im Temperatur- und Geschwindigkeitsfeld aufgelöst werden. Man benötigt für jeden Messpunkt mehrere Stunden Messzeit, um die durch Konvektion und solare Oszillationen hervorgerufenen Doppler-Verschiebungen mit ihrer Zeitskala von etlichen Minuten und Amplituden von etlichen 100 ms-1 auf deutlich unter 10 ms-1 reduzieren. Dank der reproduzierbaren Absolutkalibration mit dem Frequenzkamm können wir zeitlich unabhängige Messungen problemlos untereinander kombinieren, weil systematische Fehler eliminiert werden. Die experimentelle Überprüfung der Atmosphärenmodelle ist von grundsätzlicher Bedeutung für die Astrophysik. Diese Modelle werden verwendet, um die Metallhäufigkeiten in der Sonne durch den Vergleich der Äquivalentbreiten zu bestimmen. Die solare Metallhäufigkeit wird wiederum zur Kalibration der stellaren Metallhäufigkeiten verwendet. Die Modelle der Sonnenatmosphäre bilden auch die Grundlage für die Erforschung des solaren Magnetismus und sind wichtig, und für unser Verständnis der strahlungsgetriebenen Magneto-Konvektion in solaren aktiven Regionen. Die Erforschung der Wechselwirkung der magnetischen und hydrodynamischen Kräfte auf kleinen Skalen ist nur auf der Sonne möglich und bildet die Basis für die Physik der kosmischen Magnetfelder.Als wertvollen Nebeneffekt werden wir denselben Messaufbau nutzen, um anhand geeigneter Laborlichtquellen die Wellenlänge etlicher astrophysikalisch interessanter Spektrallinien mit einer um mindestens eine Größenordnung verbesserten Genauigkeit von 0.005 pm (2 ms-1) zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Rolf Schlichenmaier