Suche nach dem Dunklen Kosmos: MPI für Astronomie wichtiger Partner bei neuer ESA-Mission

Ziel der Mission ist es, die Natur der so genannten Dunklen Energie zu verstehen, die Astronomen für die beschleunigte Expansion des Kosmos verantwortlich machen – desselben Phänomens also, für dessen Entdeckung in diesem Jahr der Physik-Nobelpreis verliehen wird. Geplanter Starttermin der Mission ist Ende 2019.

Dass sich der Kosmos beschleunigt ausdehnt, war eine der großen wissenschaftlichen Überraschungen der letzten Jahrzehnte. Die Entdeckung dieses Phänomens wird dieses Jahr mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. Doch was dahintersteckt, wissen die Physiker und Kosmologen immer noch nicht – obwohl viele von ihnen davon überzeugt sind, dass ein tieferes Verständnis unser Wissen über Quantenphysik, Gravitation und die Physik des frühen Universums revolutionieren würde.

Nun, fast zeitgleich mit der Bekanntgabe der Nobelpreisgewinner, hat die europäische Weltraumagentur die nächsten beiden Missionen ihres wissenschaftlichen Programms „Cosmic Vision 2015-2025“ ausgewählt. Eine davon ist das Weltraumteleskop Euclid, das entscheidende Beiträge dazu leisten soll, die Eigenschaften und die Natur der Dunklen Energie aufzuklären, welche Kosmologen für die beschleunigte Expansion verantwortlich machen. „Nun, wo wir wissen, dass unser Weltall beschleunigt expandiert, ist die nächste Generation von Forschern an der Reihe: Jetzt müssen wir verstehen, welche physikalischen Effekte sich hinter der geheimnisvollen Dunklen Energie verbergen“, so Prof. Hans-Walter Rix, Direktor am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA).

Das MPIA wird wichtige Komponenten eines Instruments beitragen, mit dem das Weltraumteleskop die Helligkeit von mehreren hundert Millionen Galaxien, die über einen großen Teil des Himmels verteilt sind, mit großer Genauigkeit vermessen soll. Diese Helligkeitsmessungen, zusammen mit detailscharfen Abbildungen und spektroskopischen Messungen, liefert Euclid ein Gesamtbild des fernen Nachthimmels, das bestimmte Aspekte des kosmischen Panoramas mit nie erreichter Genauigkeit wiedergibt: die Formen und die Verteilung von Galaxien im fernen Universums. „Diese wissenschaftlichen Ziele sind von der Erde aus unerreichbar“, so Dr. Knud Jahnke, Wissenschaftler am MPIA, „erst Euclid als Satellitenmission kann uns die nötige Genauigkeit liefern.“

Das Bild, das sich Euclid bietet, ähnelt einem Gemälde, das man durch eine verformte Glasscheibe betrachtet: Was Euclid sieht, hängt zum einen vom Gemälde selbst, also von der großräumigen Verteilung der Materie im Universum ab („baryonische akustische Oszillationen“), und zum anderen davon, wie Galaxien das vorbeilaufende Licht aufgrund ihres Gravitationseinflusses ein winziges bisschen ablenken („schwacher Gravitationslinseneffekt“). Kombiniert man diese Messungen, dann lassen sich Rückschlüsse auf die Eigenschaften der beiden großen Unbekannten der modernen Kosmologie ziehen: der Dunklen Energie, die für rund 70% der Energie des beobachtbaren Universums verantwortlich zeichnet, und der Dunklen Materie, die weitere 23 Prozent beiträgt.

Euclid ist eine Weltraummission der ESA unter Beteiligung von mehr als hundert Instituten und knapp tausend Forschern in ganz Europa. Auf deutscher Seite sind das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, das Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching, die Universitätssternwarte München und die Universität Bonn die zentralen Partner. Der Start der Mission ist für das Jahr 2019 angesetzt.

Kontakt:

Prof. Dr. Hans-Walter Rix
Max-Planck-Institut für Astronomie
Tel.: (06221) 528-210
E-Mail: rix@mpia.de
Dr. Knud Jahnke
Max-Planck-Institut für Astronomie
Tel.: (06221) 528-398
E-Mail: jahnke@mpia.de
Dr. Markus Pössel (Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Tel.: (06221) 528-261
E-Mail: pr@mpia.de
Fragen und Antworten
Was wird Euclid messen?
Euclid wird für mehrere hundert Millionen Galaxien ihre scheinbaren Formen (z.B.: kreisförmig? Elliptisch?) und ihre Verteilung am Himmel bestimmen. Das lässt Rückschlüsse auf zwei Effekte zu: Beim sogenannten schwachen Gravitationslinsen-Effekt führt die Massenanziehung von Galaxien auf nah vorbeilaufende Lichtstrahlen dazu, dass die Bilder von Hintergrundgalaxien leicht in die Länge gezogen werden. Durch die statistische Messung dieses Effektes, gesammelt über viele Millionen Galaxien, kann auf die Verteilung der Dunklen Materie und Eigenschaften der Dunklen Energie geschlossen werden.

Als zweites wird Euclid die Längenskalen der sogenannte baryonischen akustischen Oszillationen (Baryonic Accoustic Oscillations) messen. Dieses sind Überbleibsel leichter Dichteschwankungen im Wasserstoffgas des frühen Universums, die sich zu späteren Zeitpunkten in der großräumigen Verteilung von Galaxien niederschlagen. Durch die Katalogisierung der Orte sehr vieler Galaxien durch Euclid kann man die Eigenschaften dieser Schwingungen (ihre „Schwingungslängen“) zu verschiedenen Epochen des Universums messen und mit hoher Genauigkeit die Natur der Dunklen Energie bestimmen.

Was kann Euclid über die Natur der Dunklen Energie herausfinden?

„Dunkle Energie“ ist zunächst einmal nur ein Name, den die Astronomen der Ursache der beschleunigten Expansion gegeben haben, weil sich diese Expansion im Rahmen der herkömmlichen kosmologischen Modelle durch eine dem Raum innewohnende konstante Energiedichte mit sehr ungewöhnlichen Beschreiben lässt. Euclid sollte nachweisen können, inwieweit diese Beschreibung zutrifft – oder ob die Dichte der Dunklen Energie möglicherweise von Region zu Region variiert. Auch die Allgemeine Relativitätstheorie kann Euclid so auf nie gekannten Längenskalen von Milliarden von Lichtjahren auf die Probe stellen.

Wie soll Euclid seine Messungen vornehmen?

Der Euclid-Satellit ist ein Weltraumteleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 1,2 Meter, das speziell für ein besonders großes Blickfeld ausgelegt ist. Euclid verfügt über zwei Instrumente: eine astronomische Kamera im sichtbaren Licht (VIS) und ein Spektro-Photometer (NISP) im nahen Infraroten, mit dem sich gleichzeitig hochpräzise Helligkeitsmessungen und Spektrumsauswertungen durchführen lassen.

Das MPIA ist in den nächsten Jahren mit der Position des Instrumenten-Wissenschaftlers beim Design des Photometrie-Kanals zentral für die wissenschaftliche Nutzbarkeit des NISP Instrumentes verantwortlich. Dazu kommen Aufgaben bei der Simulation und Eichung der Bilddaten, bei Beschaffung und Test der Infrarot-Filter und beim Entwurf und Bau einer Eich-Lichtquelle für NISP.

Wer ist an der Euclid-Mission beteiligt?

Euclid ist eine Mission der europäischen Weltraumagentur ESA. Die Instrumente werden von einem europäischen Konsortium aus mehr als 110 Instituten und 800 Forscherinnen und Forschern unter Leitung des IAP in Paris entwickelt; dass Konsortium zeichnet auch für die wissenschaftliche Aufbereitung und Auswertung der Euclid-Daten verantwortlich.

Neben der ESA kommen führende Beiträge für das Euclid Mission-Konsortium aus Österreich, Dänemark, Italien, Finnland, Frankreich, Deutschland, den Niederlanden, Norwegen, Romänien, Spanien, der Schweiz und Großbritannien, mit einem Beitrag von Forschungseinrichtungen auch aus den USA. Von deutscher Seite aus sind das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, das Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching, die Universitätssternwarte München und die Universität Bonn die zentralen Partner.