Planck: 14 Milliarden Jahre auf einen Blick

Vom kältesten Objekt des Universums bis zu einem Katalog von 15.000 Himmelsobjekten im Infrarot: Schon die ersten jetzt vorgestellten wissenschaftlichen Ergebnisse der „Planck Surveyor“-Satellitenmission bringen wichtige Einblicke in die Struktur des Kosmos. Kernaufgabe des 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt fliegenden Observatoriums ist jedoch die bisher genaueste Vermessung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds.

Der „Planck Surveyor“-Satellit, initiiert von einer internationalen Kooperation unter Leitung der ESA, startete im Jahr 2009 zu seinem etwa 1,5 Millionen Kilometer außerhalb der Erdumlaufbahn liegenden „Arbeitsplatz“. Im Sommer 2009 waren die empfindlichen Instrumente auf ihre Arbeitstemperatur von teilweise nur 0,1 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt und die Arbeit des Planck-Satelliten begann. Seine Aufgabe: Die hochaufgelöste Kartierung des kosmischen Mikrowellen-Hintergrunds, der nur 2,7 Kelvin kalten Reststrahlung des Urknalls.

Für diese Aufgabe müssen die Instrumente der Sonde in der Lage sein, noch Temperaturvariationen von einigen Millionstel Grad genau zu erfassen und zu kartografieren. Diese Temperaturschwankungen sind die ersten Zeugen der Entstehung aller beobachtbaren Strukturen im Universum, wie Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen. Um sie zu erfassen und von störender Vordergrundstrahlung beispielsweise von Sternen oder Galaxien zu isolieren, tastet der Planck-Satellit den Himmel mit Mikrowellenempfängern in neun verschiedenen Frequenzen ab, die von hochfrequenter Radiostrahlung bei 30 Gigahertz (GHz) bis in den Bereich des Ferninfraroten bei 857 GHz reichen.

Katalog 15.000 himmlischer Objekte

Zentrales Ergebnis der Messungen des ersten Jahres im All ist der „Early Release Compact Source Catalogue“, der jetzt in Paris vorgestellt wurde. Er ist eine Zusammenstellung von etwa 15.000 kompakten Himmelsobjekten, darunter Galaxienhaufen, Quasare, Radiogalaxien, Nachbargalaxien und galaktische Staubwolken. Sie bilden quasi die Besetzungsliste des kosmischen Himmelsschauspiels. Gleichzeitig aber identifiziert dieser Katalog Strahlungsquellen für Vordergrundstrahlung und damit quasi die Signale, die Planck für seine Kartierung des Mikrowellen-Hintergrund herausfiltern muss.

Neue Galaxienpopulationen als „Beifang“

Das die Kosmologen störende Vordergrundsignal bietet Galaxienforschern – sozusagen als Beifang der Mission – jedoch wertvolle Informationen. Im Rahmen dieser Kartierung lieferte Planck beispielsweise Belege für eine bisher durch Staub verdeckte Population ungewöhnlich aktiver Galaxien. In ihnen werden Sterne mit zehn bis zehntausend-fach höherer Rate produziert als in unserer Milchstraße. Nähere Messungen dieser Galaxienpopulation waren zuvor in diesem Wellenlängenbereich nicht möglich. „Und dies ist erst ein erster Schritt“, erklärt Jean-Loup Puget, Astronom an der CNRS-Universität Paris Sud in Orsay. „Wir lernen gerade erst, mit diesen Daten zu arbeiten und die Informationen daraus zu extrahieren.“

Die 15 000 Objekte im „Early Release Compact Source Catalogue“ aufgeteilt in galaktische Objekte (grün), im Wesentlichen kompakte Staubwolken, und extragalaktische Objekte (gelb), vornehmlich Radiogalaxien und Galaxien mit starker Wärmestrahlung von Staub. Der gelbe Fleck rechts unten ist die Große Magellansche Wolke, eine Zwerggalaxie im Orbit um die Milchstraße. © ESA

Dunkle Gase in der Milchstraße und galaktischer Staub

Weitere Ergebnisse des ersten Jahres der Planck- Mission ist unter anderem die Entdeckung und Kartierung einer bislang unbekannten, nur im Mikrowellenbereich sichtbaren dunklen Gaskomponente in unserer Milchstraße. Zudem ermöglichte Planck die detaillierte Vermessung der Ferninfrarotstrahlung aller sternbildenden Galaxien im Universum. Damit können die Wissenschaftler in die Geschichte der Galaxienbildung zurückblicken, bis zu einer Epoche, als das Universum erst zwei Milliarden Jahren alt war. Mit Hilfe von Planck entdeckten Astronomen zudem, dass galaktischer Staub eine anomale Mikrowellenstrahlung aussendet, die vermutlich von der schnellen Rotation kleiner, elektrisch geladener Staubteilchen herrührt.

Sunyaev-Zeldovich Effekt gemessen

Eine wichtige Rolle für neue Erkenntnisse spielt außerdem der Sunyaev-Zeldovich Effekt, der durch die Wechselwirkung der kosmischen Hintergrundstrahlung mit dem bis zu 100 Millionen Grad heißen Gas in der Atmosphäre von Galaxienhaufen entsteht. Erst durch die genauen Messungen von Planck konnten Astronomen ihn nutzen, um beispielsweise 189 Galaxienhaufen genau zu vermessen und 30 neue Haufen zu entdecken. Zum ersten Mal gelang dank Planck auch die Messung des Sunyaev-Zeldovich-Effektes auch in kleineren Galaxiengruppen, womit nun eine nahezu komplette Inventarisierung des vormals unsichtbaren Gases im Kosmos möglich wird.

Fertige Auswertung des Mikrowellenhintergrunds frühestens 2013

Nach dreimaliger Durchmusterung des Mikrowellenhimmels hat Planck eigentlich sein Plansoll schon erfüllt. Bis 2012 soll er aber weitere Messungen durchführen. Bis aber die Auswertungen seines eigentlichen Hauptzieles, der Vermessung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds abgeschlossen sind, wird es noch dauern: Im Jahr 2013, so schätzen die Forscher, werden die Daten zum Mikrowellenhintergrund und die daraus erwarteten Schlussfolgerungen über Alter, Struktur und Zusammensetzung des Universums sowie seinen Ursprung veröffentlicht werden.

(ESA / Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), 12.01.2011 – NPO)