Natur­wissen­schaft­liches Labor für Schüler am FKG e.V.

Experimental- und Forschungslabor für Schülerinnen und Schüler

Komet C/2020 F3 (Neowise) über der Hans-Haffner-Sternwarte

Für einen Kometen dieser Größe – der Durchmesser wird von der NASA auf ca. 5000 Meter geschätzt – ungewöhnlich spät wurde dieses Himmelsobjekt erst im Frühjahr dieses Jahres entdeckt. Am 27. März 2020 detektierte der Wide-Field Infrared Survey Explorer der NASA (WISE) den Kometen im Rahmen des NEOWISE-Projekts, das den Südhimmel durchmustert. Schon am 3. Juli erreichte der Komet C/2020 F3, wie er seitdem korrekt heißt, sein Perihel, also den sonnennächsten Punkt auf seiner elliptischen Bahn. Kometen bestehen hauptsächlich aus Eis und Staub – sie werden deshalb von Astronomen auch als dirty snowballs (schmutzige Schneebälle) bezeichnet – wobei es sich um Eis aus Wasser, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid handelt. Nähert sich ein solcher Eisball der Sonne, so beginnt der leicht flüchtige Teil der Materie zu verdampfen und bildet die Koma (Hülle) um den Kern des Kometen. Durch den Sonnenwind wird ein Teil der Koma weggedrückt, was dann als Schweif zu sehen ist. Ab Anfang Juli war NEOWISE, so sein umgangssprachlicher Name, sehr gut am Morgenhimmel über der Hans-Haffner-Sternwarte zu beobachten. Da er sich nun wieder von der Sonne entfernte, wurde er mit jedem Tag dunkler. Gleichzeitig verschob sich die Sichtbarkeit im Tagesverlauf weiter nach vorne, so dass er ab Mitte Juli auch am Abendhimmel zu sehen war. Am 23. Juli hatte er mit 103,5 Mio. km den geringsten Abstand zur Erde erreicht. In den darauffolgenden Nächten wurde die Helligkeit dieses Schweifsterns immer geringer und seit Anfang August ist er mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen. Wenn er seine Reise durch das All unbeschadet übersteht, wird C/2020 F3 erst wieder in 6700 Jahren an der Erde vorbeiziehen.

Neues Zellaufschluss­verfahren etabliert

Bakterien können gentechnisch so verändert werden, dass sie bestimmte Proteine herstellen. In der Pharmazeutischen Industrie wird so zum Beispiel humanes Insulin gewonnen. Im Schülerlabor werden durch transgene Escherichia coli-Bakterien fluoreszierende Proteine synthetisiert. Ursprünglich stammt das Gen für das grün fluoreszierende Protein (GFP, green fluorescent protein) aus der Qualle Aequorea victoria. Dieses Protein kann mit ultraviolettem Licht zur grüner Fluoreszenz angeregt werden. Das GFP wurde 1962 vom japanischen Biochemiker Osamu Shimomura erstmals beschreiben. In der modernen Forschung ist das GFP und die von ihm ausgehenden Varianten ein wichtiges Werkzeug zur Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Verteilung von Proteinen in einer Zelle. Dazu wird das GFP-Gen mit dem zu untersuchenden Protein-Gen gekoppelt. Wir nun dieses Gen exprimiert, wird auch das GFP mit synthetisiert. Durch Bestrahlung mit UV-Licht fängt nun das GFP an zu leuchten und so können dann Ort und Zeit des Auftretens des zu untersuchenden Proteins bestimmt werden. In der Zwischenzeit gibt es zahlreiche, in allen Farben fluoreszierende Proteine. Im Schülerlabor stellen wir Bakterien her, die entweder ein grün (GFP) oder ein rot (RFP) fluoreszierendes Protein herstellen. Nachdem die transgenen Bakterien über Nacht inkubiert wurden, haben sie das Protein hergestellt. Dieses wird anschließend aus den Bakterien extrahiert, wozu die Bakterien „geknackt“ werden. In Ermangelung anderer Alternativen geschah der Zellaufschluss im Schülerlabor bisher mittels enzymatischen Verdaus mit Lysozym. Dieses Verfahren war sehr langwierig und nicht sehr erfolgreich. Nun konnte ein Ultraschall-Desintegrator für den mechanischen Zellaufschluss mit Ultraschall angeschafft und das neue Verfahren im Schülerlabor implementiert werden. Der Ultraschall-Desintegrator überträgt mit einer Sonotrodenspitze energiereiche Ultraschallwellen in die Bakteriensuspension. Durch die dadurch entstehenden Kavitationskräfte (Kavitation: Entstehung und Auflösen von Gasbläschen) stoßen die Bakterienzellen heftig aneinander und zerscheren so. Dadurch wird der Zellinhalt inklusive der Proteine freigesetzt. Die Proteine können nun entsprechend aufgereinigt und rein gewonnen werden. Die Etablierung dieses Verfahren erfolgte durch die ehemaligen FKG-Schüler Jannik Kania und Julius Klamt, die an der Universität Würzburg Chemie und Biologie studieren.

Helligkeitsmaximum des AGN OJ 287 entdeckt

Die Helligkeit des Blazar OJ 287 wird seit Beginn des Forschungsprojekts „AGN-Monitoring“ regelmäßig von uns bestimmt. Ab Ende März 2020 konnten wir eine Zunahme der Helligkeit dieses Objekts feststellen, die am 26. April 2020 ihren Höhepunkt erreichte. In diesen knapp sechs Wochen nahm die Helligkeit dieses Aktiven Galaxienkerns (AGN) um 1,25 Größenklassen zu, um danach wieder zu sinken. Diese Entdeckung wurde in einer Ad-hoc-Mitteilung im Astronomer's Telegram weltweit veröffentlicht. The Astronomer's Telegram ist eine Internetplattform, auf der bedeutende astronomische Ereignisse schnell weltweit verbreitet werden, so dass sie dokumentiert sind und rund um die Welt überprüft werden können. Die Messung und Auswertung der Schüler deckte sich mit den Beobachtungen anderer Arbeitsgruppen sehr gut. Die Überwachung der AGN an der Hans-Haffner-Sternwarte erfolgt in Abstimmung mit der MAGIC-Kollaboration, die ein Teleskopsystem für Gammastrahlung auf der Kanareninsel La Palma betreibt. Leider konnten dort auf Grund des Corona-shut-down keine Parallelmessungen durchgeführt werden. OJ 287 befindet sich im Sternbild Krebs, ist 3,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und enthält mit 18 Milliarden Sonnenmassen eines der größten bekannten Schwarzen Löcher. Dieses supermassenreiche Schwarze Loche wird von einem kleineren, ungefähr 100 Millionen Sonnenmassen schweren zweiten Schwarzen Loch umkreist, das für einen Umlauf ungefähr 12 Jahre benötigt. Dabei passiert es zweimal die Akkretionsscheibe des zentralen Schwarzen Lochs, was zu starken Störungen des davon ausgehenden Jets führt. Dies zeigt sich auch auch in von der Erde aus beobachtbaren Helligkeitsschwankungen. Durch die Helligkeitsausbrüche war es möglich, die Massen dieses Binärsystems Schwarzer Löcher sehr genau zu bestimmen. Auch die Umlaufbahn des kleinen Schwarzen Loch konnte sehr genau bestimmt werden. Dabei wurde auch festgestellt, dass sich beide Schwarzen Löcher annähern und in 10 000 Jahren miteinander verschmelzen. Deshalb ist OJ 287 auch ein interessantes Objekt für die Messung von Gravitationswellen mit dem geplanten Weltrauminterferometer LISA. Das Projekt „AGN-Monitoring“ in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Astronomie der Universität Würzburg und dem Lehrstuhl für Experimentelle Teilchenphysik Vb der Technischen Universität Dortmund existiert seit dem Jahr 2012.