Den 16 september 2019 klockan 04:14 CEST, Stratosfärobservatoriet för infraröd astronomi (SOFIA) förväntas landa på Stuttgarts flygplats. Det luftburna observatoriet är ett gemensamt projekt av den amerikanska rymdorganisationen NASA och German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR). SOFIA är planerad att lyfta från Stuttgart kl 19:40 CEST den 18 september för sin första vetenskapliga forskningsflygning över Europa, under vilken den kommer att flyga över 12 länder. Tanken bakom detta är att under sitt europeiska uppdrag, SOFIA kommer att flyga mycket längre norrut än vad den kan när den lyfter från sin hemmabas i Palmdale, södra Kalifornien. Ju närmare det infraröda observatoriet kan flyga till polerna, ju mindre vattenånga finns i atmosfären ovanför den, erbjuder förbättrade observationsförhållanden.

"Detta är ett mycket speciellt tillfälle - SOFIA kommer att lyfta från Stuttgart för sin första europeiska vetenskapliga forskningsflygning, säger Pascale Ehrenfreund, Ordförande i DLRs styrelse. "Forskarna ombord kommer att utforska områdena runt svarta hål och undersöka frågan om Dark Energy verkligen får universum att expandera i en ständigt ökande hastighet."

Spåra stjärnbildning

Inte bara satte människor sin fot på månen för 50 år sedan 1969, men NASA-forskare upptäckte också - lite av en slump - en mycket speciell galax. Markarian 231 – i stjärnbilden Ursa Major – är cirka 600 miljoner ljusår från jorden. Detta är ungefär 300 gånger längre bort än Andromedagalaxen, som är den närmaste galaxen till Vintergatan. Ändå, Markarian 231 är en av de närmaste galaxerna till jorden som både är extremt ljusstarka och har en aktiv galaktisk kärna (AGN). Dess ljusstyrka i det infraröda området av spektrumet gör Markarian 231 till en av de ljusstarkaste och mest kända ultraljusande infraröda galaxerna. Två svarta hål cirklar runt varandra i mitten. En av dem, vid fyra miljoner solmassor, är ganska liten; den andra, som väger 150 miljoner solmassor, är mycket större. Forskare är intresserade av att titta på området runt dessa svarta hål under SOFIA:s första europeiska flygning. En dammtorus omger dem.

Dessa munkformade regioner finns runt varje AGN. Dock, vilken roll de spelar för att generera radiojet är fortfarande oklart. Dessa är par av plasmastrålar som skjuts ut från mitten av en AGN med relativistiska hastigheter. Inte alla AGN producerar sådana radiojets, som har visats av radioastronomiska observationer. Tidigare studier med SOFIA har visat att magnetfältet i dessa dammbelastade tori kan hjälpa till att utlösa radiojetbildning. Kan skapandet av strålarna verkligen spåras tillbaka till närvaron – eller faktiskt frånvaron – av ett magnetfält? Detta är en viktig fråga som astronomerna ännu inte har hittat något svar på.

Eftersom endast den högupplösta Airborne Wideband Camera (HAWC+) infraröda instrumentet på SOFIA kan mäta magnetiska fält i detta våglängdsområde, forskarna vill använda den för att dechiffrera sambandet mellan dessa fält och radiojet. De började sina observationer av AGN av Cygnus A under en flygning över södra Kalifornien 2018. "SOFIA:s första europeiska uppdrag kommer att fortsätta denna forskning för att äntligen lösa det astronomiska mysteriet med radiojets, " förklarar Alessandra Roy, den tyska SOFIA-projektforskaren vid DLR Space Administration, som driver det luftburna observatoriet tillsammans med NASA.

Expanderar universum sig i en accelererande hastighet?

Universum har kontinuerligt expanderat sedan Big Bang. Denna upptäckt gjordes av Edwin Hubble 1929. Sedan, i slutet av 1980-talet, de Nobelprisbelönta astrofysikerna Saul Perlmutter, Adam Riess och Brian Schmidt började observera supernovor av typ 1a. Dessa stjärnexplosioner, kallas "kosmiska fyrar", " är synliga på långt håll och har alltid samma ljusstyrka. Detta gör att deras avstånd kan bestämmas tydligt, ju ljusare dessa supernovor av typ 1a blir, desto närmare betraktaren är de. Att bestämma ljusstyrkan hos många supernovor gjorde det möjligt för forskare att fastställa om universums expansion accelererar eller inte. Resultaten kom som en överraskning. De observerade stjärnexplosionerna var mindre ljusa än väntat.

Detta gjorde det klart för de tre forskarna att expansionen accelererar och universum drivs isär av en mystisk accelerationsmekanism som nu kallas Dark Energy. Men är det verkligen så? Beror den oväntat låga ljusstyrkan på att universum flyttar isär i ökande hastighet? Eller var det något problem med observationerna? "Det här är just de frågor som forskare från Austin, Texas kommer att ta itu med när de använder HAWC+-instrumentet ombord på SOFIA för att observera damm i hemgalaxerna av typ 1a supernovor. De kommer att mäta dammhalten i området runt stjärnexplosionen. Liknande observationer kommer också att utföras av Europeiska rymdorganisationens rymdteleskop Euclid, som är planerad att lanseras 2022. Efter dessa observationer, vi kanske vet mer exakt om universums expansion verkligen accelereras av mörk energi, " förklarar Roy, som är involverad i både Euklid- och SOFIA-uppdragen.

Europas natthimmel — en skattkammare av kosmiska hemligheter

Ett antal andra vetenskapliga observationer planeras under SOFIAs 10 timmar långa flygning. Astronomer från Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, kommer att rikta sig mot Serpens South-regionen i Serpens moln – en formation med extremt unga stjärnor – från himlen ovanför Frankrike. Med dessa tre till fyra miljoner år gamla stjärnor, forskare kan följa stjärnbildning nästan från början och ta reda på mer om denna process. Nästa observation kommer att fokusera på filamentet L 1495 i Taurus Molecular Cloud. Forskare vid University of California, Berkeley (USA) vill ta reda på vilken roll magnetfältens dynamik spelar i bildningsprocessen av filamentära moln. "Detta blir SOFIAs längsta enskilda observation på sin första observationsflygning i Europa. Resan börjar söder om den svenska kusten, över Östersjön, och korsa Polen, Tjeckien, Österrike, Slovenien, Kroatien, Adriatiska havet och Italien - nästan så långt som till Sicilien, " säger Clemens Plank, Projektingenjör för SOFIA vid DLR Space Administration, diskutera färdplanen. Detta har behövt avtalas i förväg med alla relevanta europeiska flygtrafikmyndigheter.

Ung publik ombord

Inte bara forskare kommer att vara ombord på denna spännande expedition. Ett team från det tyska barn-tv-programmet "Sendung mit der Maus" (Sändning med musen) kommer att ge musens publik insikter om SOFIA:s forskningsflygning i en speciell show med titeln "Teleskop och infraröd astronomi". Dessutom, en vinnare av tävlingen "Jugend forscht" för unga forskare kommer att flyga ombord på SOFIA under dess europeiska premiär.