Rubin-Observatorium eröffnet neuen Blick ins All

Astronomen durchmustern den Himmel mit immer leistungsfähigeren Teleskopen. Jetzt ist ein neues „Superauge“ dazugekommen – ein Teleskop mit der größten Digitalkamera der Welt. Das neue Vera-C.-Rubin-Observatorium in Chile hat seinen Testbetrieb aufgenommen und gestern wurden die ersten Aufnahmen veröffentlicht. Sie zeigen hochauflösende Aufnahmen von Millionen Sternen und Galaxien, die das Teleskop innerhalb weniger Stunden aufzeichnete. Dank eines 8,40 Meter großen Teleskopspiegels und der Fähigkeit zu schneller Bewegung und Datenverarbeitung kann das Rubin-Observatorium große Bereiche des Himmels in kurzer Zeit aufnehmen. In den kommenden zehn Jahren soll es den Südhimmel so umfassend wie nie zuvor vermessen und auch kurzlebige Ereignisse einfangen.

Trotz jahrhundertelanger Erforschung des Himmels sind noch immer einige große astronomische und kosmologische Fragen unbeantwortet oder erst in Teilen geklärt. Dazu gehören die Natur der Dunklen Materie und Dunklen Energie, aber auch Details der kosmischen Entwicklung – beispielsweise, wie so früh nach dem Urknall schon supermassereiche Schwarze Löcher entstehen konnten. Hinzu kommen unzählige kurzlebige Ereignisse, deren Ursachen und Mechanismen noch ungeklärt sind.

Teleskop mit der größten Digitalkamera der Welt

Einiger der noch ausstehenden Antworten erhoffen sich Astronomen nun vom neuen Vera C. Rubin Observatory in Chile. Dieses gerade fertiggestellte Teleskop liegt auf dem Gipfel des 2700 Meter hohen Cerro Pachón. Es profitiert dort von der klaren, trockenen Atmosphäre und kann so auch dank seines 8,40 Meter großen Primärspiegels hochauflösende Bilder erstellen. Herzstück des Teleskops ist die größte jemals konstruierte Digitalkamera: Die hochauflösende 3200 Megapixel-Kamera erfasst mit jedem Bild eine Himmelsfläche, die mehr als der 40-fachen Fläche des Vollmonds entspricht. Gleichzeitig kann sich das Teleskop schnell bewegen und so auch auf kurzlebige Ereignisse reagieren. Dank der Rechenleistung seiner Computer-Infrastruktur kann das Observatorium zudem jede Nacht etwa 20 Terabyte an Daten verarbeiten und dabei bis zu zehn Millionen Veränderungen der beobachteten Objekte am Himmel erfassen. „Das Datenvolumen, das neue Teleskope aufzeichnen, ist beispiellos, auch dank eines Booms von Durchmusterungsteleskopen wie Vera Rubin“, sagt Esra Bulbul vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München.

Dieser hochaufgelöste und gleichzeitig weite und schnelle Blick prädestiniert das Rubin-Observatorium für seine Aufgabe: Es soll im Laufe der nächsten zehn Jahre den südlichen Himmel so umfassend wie nie zuvor zu durchmustern. Dafür erstellt das Teleskop alle drei bis vier Nächte eine Gesamtansicht des Südhimmels. Am Ende der Durchmusterung – Legacy Survey of Space and Time (LSST) genannt – wird es jede Stelle am Himmel mehr als 800-mal hochaufgelöst fotografiert haben. Das Ergebnis ist ein Datensatz mit rund 40 Milliarden Himmelsobjekten, darunter Sternen der Milchstraße, fernen Galaxien und auch Objekten unseres Sonnensystems wie etwa Asteroiden. „Das Observatorium hat ein weites Gesichtsfeld und einen tiefen Blick, es wird Milliarden von Galaxien bei enormen Entfernungen fotografieren“, sagt Bulbul.

Die jetzt veröffentlichten ersten Testaufnahmen des neuen Teleskops belegen bereits sein Potenzial: In nur zehn Stunden des Testbetriebs erstellte das Rubin-Observatorium scharfe Aufnahmen von Millionen Sternen und Galaxien. Auch tausende Asteroiden im Sonnensystem fing die Megapixel-Kamera ein. Eine der vorgestellten Testaufnahmen zeigt zwei Emissionsnebel in einer 5.200 Lichtjahre entfernten Sternenwiege im Sternbild Schütze. In der aus 678 Einzelbildern in von sieben Stunden erstellten Aufnahme sind der Trifidnebel (NGC 6514) und der benachbarte Lagunennebel (NGC 6523) zu sehen. Die Kombination so vieler Aufnahmen macht selbst feine, lichtschwache Details sichtbar. Eine zweite Testaufnahme zeigt einen Teil des Virgo-Clusters, einen der größten Galaxienhaufen unseres lokalen Universums. Er besteht aus bis zu 2000 Galaxien. Die neue Aufnahme zeigt prominente Spiralgalaxien im Haufen, außerdem gerade miteinander verschmelzende Galaxien sowie zahlreiche weiter entfernte Sternenansammlungen.

Astronomische Ereignisse wie im Zeitraffer-Film

Eine weitere zentrale Aufgabe des Rubin-Observatoriums ist die Untersuchung zeitlich veränderlicher Phänomene am Himmel – von Supernovae über Sternkollisionen bis hin zum Aufleuchten von Materie, die von fernen supermassereichen Schwarzen Löchern verschlungen wird. Dieses Flackern könnte verraten, wie oft und schnell die zentralen Schwarzen Löcher früher Galaxien Materie verspeisten. Das wiederum könnte das Rätsel der „unmöglich“ großen Schwarzen Löcher im frühen Kosmos lösen helfen. Die im Laufe von zehn Jahren wiederholten Aufnahmen solcher Objekte könnten erstmals auch die zeitliche Entwicklung solcher frühen „Fressorgien“ zeigen. „Das LSST liefert uns sogar einen kosmischen Film, mit dem wir nicht nur entfernte Galaxien finden, sondern auch ihren physikalischen Eigenschaften auf den Grund gehen können“, erklärt Eduardo Bañados vom Max-Planck-Institut für Astronomie. Auch bei der Zerstörung von Sternen an Schwarzen Löchern – sogenannten Tidal Disruption Events – sowie der Kollision von Neutronensternen soll das Rubin-Observatorium den Astronomen mehr Fallbeispiele und Beobachtungsdaten liefern.

Die Verteilung der Galaxien und Großstrukturen könnte zudem Informationen über die Dunkle Materie und Dunkle Energie liefern und damit andere Teleskope wie das europäische Euclid-Weltraumteleskop ergänzen. „Das Rubin Observatory wird mehr Informationen über unser Universum sammeln als alle jemals gebauten optischen Teleskope zusammen“, sagte Brian Stone, Interims-Direktor der National Science Foundation (NSF). Das Resultat der Durchmusterung werde eine ultrahochauflösende, großflächige Zeitraffer-Aufnahme des Universums sein. „Es wird den Himmel zum Leben erwecken und zu einer Schatzkammer der wissenschaftlichen Entdeckungen machen“, so das NSF. Seinen Namen hat das neue Observatorium von Vera Rubin, einer 1928 geborenen US-Astronomin und Pionierin der Forschung zu Dunkler Materie. Sie entdeckte Indizien für die Existenz dieser unsichtbaren Materieform, als sie die Rotation von Galaxien untersuchte. Rubin erkannte, dass diese Anomalien auf Dunkle Materie im Halo dieser Galaxien und deren Schwerkraftwirkung zurückgehen muss. „Ihre Forschung hat unser Verständnis vom Universum grundlegend verändert, sie hat die Dunkle Materie als Eckpfeiler der modernen Kosmologie mit etabliert“, sagt Bulbul.

Quelle: National Science Foundation, Max-Planck-Gesellschaft

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© wissenschaft.de – Nadja Podbregar