Wie ist es, an den grundlegenden Fragen des Universums zu arbeiten? Am 1. Juli startete der Satellit Euclid erfolgreich. Diese Mission der Europäischen Weltraumorganisation wird Bilder des Himmels aufnehmen, um die detaillierteste Karte des Universums zu erstellen, die jemals erstellt wurde. Der Astronom Henk Hoekstra (Observatorium Leiden) und die Physikerin Alessandra Silvestri (Leiden Institute of Physics) erzählen von ihrer Rolle bei der Mission.
Der neue Weltraumsatellit ist wie das Google des Universums. „Euklid ist im Grunde eine Datenerfassungsmaschine“, erklärt Hoekstra. „Was Hubble in 30 Jahren abgedeckt hat, kann Euclid in einer Woche sowohl im optischen als auch im infraroten Wellenlängenbereich leisten. Es handelt sich also um ein riesiges Datenvolumen. Damit findet man garantiert die Nadel im Heuhaufen.“
Hoekstra hat in der Mission mehrere Rollen. Er ist der Leiter der Gruppe für schwache Linsen und einer der vier Kosmologiekoordinatoren. Dies bedeutet, dass er von Anfang an daran beteiligt war, die Anforderungen an die Genauigkeit der Daten festzulegen, die Euklid erhalten wird.
Silvestri hingegen leitet die etwa 200-köpfige Gruppe für theoretische Physik. Sie werden den riesigen Datensatz analysieren, den Euklid bereitstellt, in der Hoffnung, neue physikalische Erkenntnisse zu entdecken. „Ich habe einen Hubschrauberblick, um sicherzustellen, dass die ganze Arbeit zusammenpasst. Es ist das erste Mal, dass ich Teil einer solchen Mission bin, also ist es sehr aufregend.“
Beispiellose Datenfülle und Genauigkeit
Euclid ist nun auf dem Weg zu seinem endgültigen Ziel im Weltraum, aber der Weg dorthin war laut Hoekstra nicht ohne Hürden. „Die Mission lief 2011 nicht gut und es bestand das Risiko, dass sie verschoben oder sogar abgesagt werden könnte. Wir mussten zeigen, dass wir die wissenschaftlichen Ziele tatsächlich erreichen konnten. Wir hatten sechs Monate Zeit, um das Schiff umzudrehen und die Anforderungen zu erfüllen.“ Richtig, und wir haben es geschafft. Was es einzigartig macht, ist, dass Euclid darauf ausgelegt ist, nicht nur viele, sondern auch sehr genaue Daten zu erhalten.“ sagt Silvestri.
„Das ist genau das, was wir für die Kosmologie brauchen. Allerdings stellt es auch für uns Theoretiker eine Herausforderung dar. Früher waren einige Näherungen in unseren Berechnungen vielleicht akzeptabel, aber nicht mehr mit dieser Genauigkeit.“
Dunkle Energie und dunkle Materie verstehen
Silvestri kann es kaum erwarten, bis die Bilder von Euklid eintreffen. „Der kolossale Umfang dieser Umfrage ermöglicht es uns, wirklich große Fortschritte zu machen. Wir haben dieses seltsame Universum und es gibt viele Ideen, wie es funktioniert, aber keine der Kandidaten.“ Kosmologische Modelle sind völlig zufriedenstellend oder korrekt. Dies ist das erste Mal, dass wir Zugang zu dieser Art und Menge an Daten haben, die es uns ermöglichen, die Theorie zu testen und diese großen Fragen zu untersuchen. Was ist die Natur der Dunklen Materie und der Dunklen Energie? Funktioniert die Schwerkraft? in diesen großen Maßstäben anders?
Hoekstra sagt: „Es ist der erste große Schritt vorwärts, um den Weg zum Verständnis der Dunklen Energie zu ebnen. Natürlich werden wir auch viel über Galaxien, Galaxienentstehung und andere interessante Dinge lernen, aber dunkle Energie und dunkle Materie treiben diese Mission wirklich an.“
Das unsichtbare Universum studieren
Euclid wird eine 3D-Karte eines Drittels des Himmels erstellen und es Wissenschaftlern ermöglichen, die letzten 10 Milliarden Jahre der Entwicklung des Universums zu untersuchen. Das Hauptziel besteht darin, die Natur der Dunklen Materie und Dunklen Energie zu erforschen. Über diese Konzepte ist mehr unbekannt als bekannt.
Alles auf der Erde und alles, was jemals mit allen Teleskopen und Satelliten beobachtet wurde – mit anderen Worten alle normale Materie – macht weniger als 5 % des Universums aus. Der Rest besteht aus geheimnisvoller dunkler Energie und dunkler Materie, die jedoch nicht direkt beobachtet werden kann. Forscher wissen, dass sie durch ihre Auswirkungen auf das Universum existieren.
Warten auf die ersten Bilder
Beide Forscher sind sich einig, dass Physik und Astronomie in der Euclid-Mission wunderbar zusammenpassen. „Wir betrachten die gleichen wissenschaftlichen Fragen“, sagt Hoekstra. Silvestri fügt hinzu: „Und das bringt uns zusammen. Astronomen arbeiten hart daran, die Galaxien zu charakterisieren und ihre Formen mit großer Genauigkeit zu messen. Das wiederum kann Physikern dabei helfen, auf neue Physik zu schließen. In diesem Sinne ergänzen und brauchen wir uns wirklich.“
Hoekstra war am Startplatz in den USA anwesend. „Beim Start merkt man, dass es sich um ein zerbrechliches Instrument handelt. Es kann so viel schief gehen. Ich bin erleichtert, dass es nach fünfzehn Jahren der Vorbereitung reibungslos geklappt hat.“
Am Tag des Starts befand sich Silvestri im Hauptkontrollzentrum der Mission in Deutschland, wo kurz nach dem Start ein spezielles ESA-Team die Kontrolle über das Teleskop übernahm. „Die Aufregung war spürbar, ebenso wie die große Erleichterung, als wir das erste Signal von Euclid erhielten. Jetzt müssen wir einige Monate warten, bis die ersten Daten eingehen“, sagt sie. „Das Beste kommt noch.“