Blick ins „dunkle“ Universum: Am 1. Juli 2023 ist das europäische Weltraumteleskop Euclid zu einer besonderen Mission gestartet. Es soll helfen, das Geheimnis der Dunklen Energie zu lüften und fundamentale Fragen zur kosmischen Expansion und der Materieverteilung im Weltall klären. Denn bisher ist unklar, ob die mysteriöse, das Weltall auseinandertreibende Dunkle Energie konstant bleibt oder sich verändert. Auch ihre Natur ist rätselhaft. Euclid soll dies durch die Kartierung von Milliarden Galaxien klären.
Die Dunkle Energie ist ebenso allgegenwärtig wie rätselhaft. Denn diese bisher nur theoretisch postulierte Kraft gilt als Gegenspieler der Gravitation und als Treiber für die beschleunigte Ausdehnung des Kosmos. Doch Messungen der kosmischen Expansion kommen je nach Methode zu stark abweichenden Werten für das Maß der Expansion in Form der Hubble-Konstante – die Spanne liegt zwischen 67 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec einerseits und 72 bis 74 km s-1/ Mpc andererseits.
Rätselhafte Abweichungen vom kosmologischen Standardmodell
Diese Diskrepanzen rütteln an der Basis des etablierten kosmologischen Weltbilds, dem sogenannten Lambda Cold Dark Matter Modell (ΛCDM). Nach diesem ist der kosmische Raum flach – Ausdehnung und Gravitation halten sich so die Waage, dass die Energiedichte im Kosmos konstant bleibt. Doch die Diskrepanzen bei der Hubble-Konstante werfen die Frage auf, wie konstant Gravitation und Dunkle Energie sind und ob in unserem kosmologischen Modell vielleicht doch noch etwas fehlt.
Ähnlich rätselhaft ist eine weitere Diskrepanz zwischen Beobachtung und Theorie: Auch die Verteilung der Materie im Universum passt nicht zum kosmologischen Standardmodell. Denn verglichen mit den in der kosmischen Hintergrundstrahlung messbaren Fluktuationen sind die normale und die Dunkle Materie heute zu homogen verteilt. Physikalisch ausgedrückt: Die im sogenannten S8-Parameter ausgedrückten Dichteschwankungen um den Durchschnitt passen nicht zur Theorie.
Weltraumteleskop Euclid soll die Fragen klären
Mehr Licht ins Dunkel soll nun das europäische Weltraumteleskop Euclid bringen. „Euclid wird zehn Milliarden Jahre in die kosmische Vergangenheit zurückblicken und die Geometrie und das Wachstum des Universums untersuchen“, erklärt Alessandra Roy, Euclid-Projektleiterin am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Das 1,2-Meter-Teleskop und seine beiden wissenschaftlichen Instrumente sollen die Expansionsrate und die Massenverteilung im Kosmos über die letzten zehn Milliarden Jahren hinweg vermessen.
Das Euclid-Weltraumteleskop ist am 1. Juli mit einer Falcon-9-Rakete von Cape Canaveral aus ins All gestartet. „Der erfolgreiche Start von Euclid markiert den Beginn eines neuen wissenschaftlichen Unterfangens, das uns helfen soll, eine der spannendsten Fragen der modernen Wissenschaft zu beantworten“, sagt ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher. Euclid wird vier Wochen lang zu seinem Einsatzort, dem Lagrangepunkt L2, unterwegs sein. Dieser liegt rund 1,5 Millionen Kilometer entfernt auf der der Sonne abgewandten Seite der Erde und bietet besonders gute, stabile Bedingungen für Teleskope. Auch das James-Webb-Weltraumteleskop ist dort stationiert.
Erste Aufgabe: die Baryonische Oszillation
An seinem Einsatzort angelangt, soll Euclid im Laufe der nächsten Jahre die Verteilung von mehreren Milliarden Galaxien kartieren, die bis zu zehn Milliarden Lichtjahre entfernt liegen. Dafür durchmustert das Teleskop rund ein Drittel des sichtbaren Himmels. Um die Rätsel der Kosmologie zu klären, nutzt das Teleskop dabei zwei Methoden und Instrumente. Das erste ist das Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP), das mittels Spektralanalysen die genauen Entfernungen und Abstände von Galaxien vermisst.
Daraus können Astronomen die sogenannte Baryonische akustische Oszillation (BAO) ermitteln – eine Art Echo der frühesten Dichtefluktuationen im Kosmos. Den kosmologischen Modellen zufolge gibt es eine Art „Sollabstand“ von knapp 500 Millionen Lichtjahren zwischen Galaxien, der sich zumindest im Schnitt auch tatsächlich zeigt. Euclid soll nun feststellen, ob und wie sich diese durchschnittlichen Abstände im Laufe der Zeit verändert haben. Das erlaubt Rückschlüsse auf die Expansionsrate und das Verhalten der Dunklen Energie.
Zweite Aufgabe: die Materieverteilung
Der zweite Job des Teleskops ist die Kartierung der Dunklen Materie. Dafür wird Euclid den schwachen Gravitationslinseneffekt nutzen: Wenn im Vordergrund einer fernen Galaxie eine große Masse präsent ist – beispielsweise durch eine Ansammlung Dunkler Materie – verzerrt sie das Licht der Hintergrundgalaxie auf bestimmte Weise. Anhand dieser Verzerrungen lässt sich ermitteln, wie groß die Vordergrundmasse ist. Das Euclid-Teleskop wird diese Messungen mithilfe seines Visible Instrument (VIS) durchführen und so im Laufe der Zeit eine neue Karte der Materieverteilung erstellen.
„Dies ist eine Sternstunde für die Wissenschaft, auf die wir uns schon lange gefreut haben: der Start von Euclid auf einer Mission zur Entschlüsselung des Rätsels der dunklen Materie und der dunklen Energie“, sagt René Laureijs, Euclid-Projektwissenschaftler der ESA. „Das große Geheimnis der grundlegenden Bestandteile des Universums steht uns vor Augen und stellt eine gewaltige Herausforderung dar. Dank seines fortschrittlichen Teleskops und seiner leistungsstarken wissenschaftlichen Instrumente ist Euclid in der Lage, uns dabei zu helfen, dieses Geheimnis zu enträtseln.“ (Meldung aktualisiert am 3. Juni 2023)
Quelle: European Space Agency (ESA), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
