Euclid: Blick in die dunkle Materie in 10 Milliarden Lichtjahren Entfernung

Am Lagrange-Punkt L2 (im Folgenden „L2-Punkt“ genannt), 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, wird das James-Webb-Weltraumteleskop einen „neuen Freund“ begrüßen.

Am 1. Juli um 11:12 Uhr Ostküstenzeit wurde das Euclid-Weltraumteleskop (im Folgenden „Euclid“ genannt) der Europäischen Weltraumorganisation ESA mit einer Falcon-9-Rakete vom Luftwaffenstützpunkt Cape Canaveral in Florida gestartet und begann seine Mission zur Erforschung der dunklen Materie und der dunklen Energie im Universum.

Anders als das Webb-Weltraumteleskop, das sich jeweils nur auf einen Teil des Himmels konzentriert, wird Euclid einen großen Teil des Himmels außerhalb der Milchstraße gleichzeitig abdecken und Milliarden von Galaxien im Umkreis von 10 Milliarden Lichtjahren beobachten, um die bislang größte und genaueste 3D-Karte des Universums zu erstellen.

Warum ist es immer noch L2?

Am Himmel der Physik gab es schon immer zwei „dunkle Wolken“, nämlich dunkle Materie und dunkle Energie.

Die 3D-Karte des Universums, die Euklid „zeichnen“ wollte, enthielt Informationen wie Form, Position und Bewegung von Galaxien. Dadurch werden die Verteilung der kosmischen Materie und die Entwicklung des Universums sichtbar, und Astronomen können auf die Eigenschaften der dunklen Energie und der dunklen Materie im Universum schließen und das menschliche Verständnis für die Natur des Universums verbessern.

Die Aufgabe war so mühsam, dass Euklid mit weiteren „Spezialfähigkeiten“ ausgestattet werden musste. „Euklids Untersuchungsmethode besteht darin, Bilder aufzunehmen und nahtlose Spektren eines ausgewählten 15.000 Quadratgrad großen Himmelsbereichs zu beobachten, der den gesamten Himmel vollständig abdecken kann.“ Li Ran, ein Forscher am Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, erklärte gegenüber Science Times, dass Euclid nach Erreichen des L2-Punktes eine zweimonatige Debugging-Phase durchlaufen werde, bevor wissenschaftliche Missionen durchgeführt werden könnten. Dazu gehörten das Einschalten zweier wichtiger Geräte, das Kalibrieren von Daten und die Bestätigung der thermischen Stabilität des Systems.

„Euclids Nahinfrarot-Detektor ist für die Durchführung seiner Himmelsdurchmusterungsmission von großer Bedeutung. Der Start zum L2-Punkt wird ihm helfen, das Beobachtungsrauschen zu verringern. Gleichzeitig muss er präzise Messungen von Himmelskörperbildern durchführen, und die Umgebung am L2-Punkt ist stabiler“, analysierte Li Ran.

Was ist der Unterschied zu Webb?

Am L2-Punkt befindet sich bereits ein Webb-Weltraumteleskop. Warum also Euclid starten?

Da eine große Anzahl von Galaxien in kurzer Zeit beobachtet werden muss, verfügen Teleskope wie Euclid, die Himmelsdurchmusterungen durchführen, in der Regel über ein sehr großes Sichtfeld, sodass ein großer Bereich des Himmels auf einmal belichtet werden kann.

„Aus gestalterischer Sicht sind Euclid und Webb völlig unterschiedlich.“ Li Ran erklärte, dass Webb ein universelles Präzisionsteleskop mit kleinem Sichtfeld sei, das zwar nur einen kleineren Bereich des Himmels erfassen könne, dafür aber eine höhere Beobachtungsgenauigkeit für einzelne Galaxien habe. Während Euclid ein Durchmusterungsteleskop ist, das Beobachtungen im Zensus-Stil über ein großes Gebiet durchführen muss, sind die Anforderungen für sehr detaillierte Beobachtungen einzelner Galaxien geringer.

Insbesondere beträgt die Öffnung des Hauptspiegels von Euclid nur 1,2 Meter und ist damit viel kleiner als die 6,5 Meter des Webb-Weltraumteleskops. Daher ist seine Fähigkeit zur Beobachtung schwach leuchtender Himmelskörper geringer. Allerdings kann Euclid jeweils etwa 0,57 Quadratgrad beobachten, während das Webb-Weltraumteleskop jeweils nur etwa 0,002 Quadratgrad beobachten kann. Dieses große Sichtfeld bedeutet, dass wir viele Galaxien auf einem Foto sehen werden. Letztlich wird Euclid die Eigenschaften des Universums selbst erforschen, indem es große Bereiche von Galaxien beobachtet.

Die Ergebnisse ändern sich ständig

Laut der offiziellen Website des Euclid-Weltraumteleskops können Forscher durch den Vergleich der beobachteten Verteilungsstruktur der Materie im Universum über ein großes Gebiet mit dem physikalischen Modell auf den Prozess der kosmischen Expansion schließen und das zukünftige Schicksal des Universums vorhersagen.

Während seiner sechsjährigen Mission wird Euclid Beobachtungen mit zwei Instrumenten durchführen: dem Visible Imager (VIS) und dem Near-Infrared Imaging Spectrometer and Photometer (NISP). Darunter befindet sich eine Kamera für das sichtbare Lichtband mit 600 Millionen Pixeln, die winzige Deformationen in der Form von Galaxien und Änderungen der Leuchtkraft im sichtbaren Lichtband beobachten und auf die Intensität des Gravitationsfelds schließen kann, das die Deformation verursacht, wodurch Informationen über die Verteilung der dunklen Materie gewonnen werden. Das Nahinfrarot-Bildspektrometer und Helligkeitsmessgerät besteht aus 4×4 Infrarotdetektoren mit 65 Millionen Pixeln, die eine hochpräzise spektroskopische Rotverschiebungsbestimmung von Millionen von Galaxien durchführen können.

Li Ran ist davon überzeugt, dass Euclid mehrere wichtige Parameter der Dunklen Energie mit einer Genauigkeit von weniger als 10 % messen wird und den Astronomen so dabei helfen wird, die Entwicklung der Dunklen Energie mit einer solchen Präzision zu beobachten.

„Natürlich ist es möglich, dass wir diese Entwicklung noch immer nicht mit dieser Präzision beobachten können.“ Li Ran fügte hinzu, dass dies das derzeitige Standardmodell der Kosmologie weiter bestätigen und einige theoretische Modelle ausschließen werde, die eine signifikante Entwicklung der Dunklen Energie zulassen.

Wie hat sich das Universum ausgedehnt? Was ist die Natur der dunklen Materie und der dunklen Energie? In Zukunft wird Euclid voraussichtlich mehr als 100 PB an Daten sammeln, die durch Beobachtungen mehrerer erdgebundener Teleskope ergänzt und verbessert werden. Die von der Sonde gewonnenen wissenschaftlichen Daten werden 2025, 2027 und 2030 öffentlich zugänglich gemacht.