Euclid: Weitsicht und kosmische Geschichte - [GEO]

Zur Galerie Euclid-Teleskop: Esa zeigt erste Bilder des Weltraumteleskops

Die größte Hoffnung der Forschenden: Sie wollen der dunklen Seite des Universums endlich auf die Schliche kommen. Dunkle Energie und Dunkle Materie machen – das besagt zumindest der heutige Stand der Forschung – 95 Prozent des Kosmos aus. Die Dunkle Materie hält Sterne in Galaxien zusammen und beeinflusst deren Rotationsgeschwindigkeit ebenso wie die Verteilung der Galaxien im All. Die Dunkle Energie treibt die immer schnellere Ausdehnung des Kosmos voran. Trotz ihrer gewichtigen Rolle im Universum ist es der Wissenschaft bislang nicht gelungen, Dunkle Materie und Dunkle Energie direkt mess- oder gar sichtbar zu machen. Mit seinen detaillierten Aufnahmen weit entfernter Galaxien könnte Euclid Erkenntnisse darüber sammeln, welchen Einfluss beide Größen auf Bewegung und Struktur einzelner Himmelskörper in vergangenen Jahrmillionen hatte.

Euclid: Weitsicht und kosmische Geschichte

Die größte Hoffnung der Forschenden: Sie wollen der dunklen Seite des Universums endlich auf die Schliche kommen. Dunkle Energie und Dunkle Materie machen – das besagt zumindest der heutige Stand der Forschung – 95 Prozent des Kosmos aus. Die Dunkle Materie hält Sterne in Galaxien zusammen und beeinflusst deren Rotationsgeschwindigkeit ebenso wie die Verteilung der Galaxien im All. Die Dunkle Energie treibt die immer schnellere Ausdehnung des Kosmos voran.
Trotz ihrer gewichtigen Rolle im Universum ist es der Wissenschaft bislang nicht gelungen, Dunkle Materie und Dunkle Energie direkt mess- oder gar sichtbar zu machen. Mit seinen detaillierten Aufnahmen weit entfernter Galaxien könnte Euclid Erkenntnisse darüber sammeln, welchen Einfluss beide Größen auf Bewegung und Struktur einzelner Himmelskörper in vergangenen Jahrmillionen hatte.

© Esa

Nach astronomischen Maßstäben liegt der Perseushaufen gleich um die Ecke: 240 Millionen Lichtjahre trennen die etwa eintausend, von einer riesigen Wolke aus heißem Gas umschlungenen Galaxien von der Erde. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Euclid-Mission jedoch interessieren sich vor allem für die etwa 100.000 Galaxien auf diesem Bild, die hinter Perseus liegen und bislang lediglich zu erahnen waren. Das Licht der fernsten Exemplare reiste mehr als zehn Milliarden Jahre durchs All, bevor es Euclid erreichte. Die Besonderheit des Weltraum-Teleskops: Es fotografiert riesige Bereiche des Alls in messerscharfer Auflösung. In den kommenden sechs Jahren soll es ein Drittel des Himmels mit bislang unerreichter Genauigkeit vermessen. Besonders sei man an weit entfernten Zwerggalaxien interessiert, sagt Jean-Charles Cuillandre vom Euclid-Konsortium: "Kosmologischen Simulationen zufolge sollte das Universum viel mehr Zwerggalaxien enthalten, als wir bisher gefunden haben. Wenn sie tatsächlich so häufig sind wie vorhergesagt, sollten wir sie mit Euclid sehen können."

Die Verteilung und Struktur der weit entfernten Galaxien, so hoffen die Euclid-Astronom*innen, könnte Aufschluss darüber geben, wie die Dunkle Materie verteilt ist: innerhalb der einzelnen Galaxiehaufen, aber auch im gesamten Universum. Damit Galaxiehaufen wie die des Perseus überhaupt existieren, braucht es Dunkle Materie. Unter Einfluss der Schwerkraft formt sie fadenförmige Strukturen, die den Kosmos wie ein Netz durchziehen. Wo sich die Filamente kreuzen, bilden sich Galaxie-Haufen. "Gäbe es keine Dunkle Materie, wären die Galaxien gleichmäßig im Universum verteilt", sagt Jean-Charles Cuillandre vom Euclid-Konsortium.

Ihren Beinamen "versteckte Galaxie" trägt IC 342, weil sie aus irdischer Perspektive hinter der leuchtend hellen Scheibe der Milchstraße liegt – und kaum durch das Sternenschimmern, den Staub und die Gaswolken sticht. Das Euclid-Teleskop vermaß das Licht, das von den vielen kalten und massearmen Sternen in IC 342 ausgeht, mit Infrarot-Instrumenten. So machte es die Galaxie sichtbar. Bereits 2017 veröffentliche die Nasa Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops, die den Kern der Galaxie dokumentierten. "Das Besondere der Euclid-Aufnahmen ist, dass wir einen weiten Blick auf die gesamte Galaxie haben, aber auch heranzoomen können, um einzelne Sterne und Sternhaufen zu unterscheiden", sagt Leslie Hunt vom Euclid-Konsortium. So lasse sich nachvollziehen, wie sich Sterne über die Lebensdauer der Galaxie formten und entwickelten.

Die erste Zwerggalaxie, die Euclid abbildete, ist eine alte Bekannte: NGC 6822 wurde bereits 1884 entdeckt und etliche Male fotografiert, unter anderem mit dem James-Webb-Teleskop. Doch auch hier galt bislang: Entweder gelingt eine messerscharfe Abbildung einzelner Ausschnitte der Galaxie aus dem All oder eine Gesamtaufnahme mit Teleskopen von der Erde, deren Schärfe jedoch von der Erdatmosphäre stark eingeschränkt wird.

Die Sterne von NGC 6822 enthalten nicht nur Wasserstoff und Helium, sondern auch schwerere Elemente, die erst während eines Sternenlebens durch Kernfusion entstehen. Mit den Aufnahmen wollen die Forschenden des Euclid-Konsortiums erforschen, wie sich Galaxien im frühen Universum gebildet haben. Außerdem haben Wissenschaftler*innen bereits Kugelsternhaufen auf der Aufnahme entdeckt, teilte die Esa: Tausende Sterne, die von der Schwerkraft zusammengehalten werden. "Sie gehören zu den ältesten Objekten des Universums, viele ihrer Sterne stammen aus derselben Wolke", heißt es in einer Mitteilung der Weltraumorganisation. In den Aufnahmen könnten Hinweise zur Entstehung der Kugelsternhaufen enthalten sein.

Der der Erde zweitnächste Kugelsternhaufen ist 7800 Lichtjahre entfernt. Hell in der Mitte der Aufnahme leuchten die meisten Sterne von NGC 6397. Ihre Strahlkraft macht Aufnahmen der randständigen und schwächer leuchtenden Sterne schwierig. Doch sind es jene älteren Sterne, an denen das Euclid-Forschungsteam interessiert ist: Sie könnten Aufschluss über Geschehnisse in der Milchstraße geben, auf deren Scheibe sie sich bewegen.

Im Moment könne kein anderes Teleskop einen gesamten Kugelsternhaufen beobachten und gleichzeitig die schwachen Sterne seiner äußeren Bereiche von anderen kosmischen Lichtquellen unterscheiden, sagt der Astronom Davide Massari. Er und seine Kolleg*innen suchen in Kugelsternhaufen nach "Gezeitenschweifen": einer Spur von Sternen, die sich aufgrund einer früheren Wechselwirkung mit einer Galaxie weit über den Haufen hinaus erstreckt.

Die dunklen Wolken, 1375 Lichtjahre entfernt, bilden eine beinahe unheimlich irdische Gestalt: einen Pferdekopf. Zugleich sind sie die der Erde nächstgelegene Region, in der sich Riesensterne bilden. Das macht sie für Astronom*innen besonders interessant. Der Nebel selbst besteht größtenteils aus kaltem Wasserstoff, der die Wolken dunkel erscheinen lässt. Für das Schimmern sorgt die ultraviolette Strahlung des Sternensystems Sigma Orionis, das außerhalb des Aufnahmebereichs von Euclid liegt. Wäre das Teleskop direkt auf die sehr hellen Sterne ausgerichtet, wäre kaum ein anderer Himmelskörper zu sehen. Der Pferdekopfnebel wurde schon etliche Male in Bildern eingefangen, doch auch hier preisen die Esa-Forschenden die neue Qualität ihrer Aufnahme, die innerhalb von nur einer Stunde entstanden sei. Sie hoffen, in der stellaren Kinderstube viele lichtschwache und bislang ungesehene Babysterne sowie junge braune Zwerge zu entdecken. Braune Zwerge sind Zwitterwesen: Sie sind massereicher als Gasplaneten, aber zu leicht, um ein Sternenfeuer zu entzünden, bei dem Wasserstoffatomkerne verschmelzen.

Eine Falcon-9-Rakete, gefertigt von Elon Musks Raumfahrtunternehmen SpaceX, transportierte das Euclid-Weltraumteleskop im Juli 2023 von Florida aus ins All. Einen Monat später erreichte die Sonde ihr Ziel: den zweiten Lagrange-Punkt, etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Dort ist die Raumsonde der Erde nah genug, um mit ihr zu kommunizieren, der Sonne nah genug, um Solarenergie zu nutzen – und befindet sich dennoch an einem optimalen Ort, um in die Tiefen des Weltraums zu blicken. Außerdem lassen sich die Wärmestrahlen der Erde und der Sonne, die die Infrarotinstrumente von Euclid empfindlich stören könnten, an Lagrange 2 mit einem einzelnen Schild abschirmen. Die Aufnahme zeigt das Teleskop in der Compact Antenna Test Range im französischen Cannes. In den kommenden sechs Jahren wird Euclid ein Drittel des Himmels vermessen. Schwach schimmernde Galaxien in bis zu 10 Milliarden Lichtjahren Entfernung sollen im Detail sichtbar werden. Über 2000 Wissenschaftler*innen aus Europa, den USA, Kanada und Japan werten die gesammelten Daten aus und veröffentlichen ihre Erkenntnisse einmal im Jahr.

Die größte Hoffnung der Forschenden: Sie wollen der dunklen Seite des Universums endlich auf die Schliche kommen. Dunkle Energie und Dunkle Materie machen – das besagt zumindest der heutige Stand der Forschung – 95 Prozent des Kosmos aus. Die Dunkle Materie hält Sterne in Galaxien zusammen und beeinflusst deren Rotationsgeschwindigkeit ebenso wie die Verteilung der Galaxien im All. Die Dunkle Energie treibt die immer schnellere Ausdehnung des Kosmos voran. Trotz ihrer gewichtigen Rolle im Universum ist es der Wissenschaft bislang nicht gelungen, Dunkle Materie und Dunkle Energie direkt mess- oder gar sichtbar zu machen. Mit seinen detaillierten Aufnahmen weit entfernter Galaxien könnte Euclid Erkenntnisse darüber sammeln, welchen Einfluss beide Größen auf Bewegung und Struktur einzelner Himmelskörper in vergangenen Jahrmillionen hatte.

27. Februar 2021,00:15

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