#Weltraumteleskop Euclid: Blick ins „dunkle“ Universum

Sie sind die beiden großen Unbekannten in unserem Universum: die Dunkle Energie und die Dunkle Materie. Zusammen machen sie rund 95 Prozent des Kosmos aus, sind aber weitgehend unerforscht. Mehr Informationen über diese dunklen Komponenten des Kosmos soll das am 1. Juli 2023 startende europäische Weltraumteleskop Euclid liefern. Von seinem Einsatzort am Lagrangepunkt L2 aus soll das Teleskop zum einen die Verteilung der normalen und Dunklen Materie genauer kartieren, denn dabei gibt es bisher Diskrepanzen zum kosmologischen Standardmodell. Zum anderen soll Euclid die Rotverschiebung und Abstände von Galaxien bis in zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung messen. Daraus erhoffen sich Astronomen neue Erkenntnisse über die kosmische Expansion und ihre Triebkraft, die Dunkle Energie. Denn auch hier gibt es noch ungeklärte Abweichungen zu gängigen Modellen.

Dunkle Materie und Dunkle Energie nehmen den größten Teil unseres Universums ein und haben seine Entwicklung und Struktur entscheidend geprägt. Die Dunkle Materie beeinflusst über ihre Schwerkraftwirkung das Verhalten und die Verteilung von Galaxien, die Dunkle Energie gilt als der Gegenspieler der Gravitation und als treibende Kraft hinter der anhaltenden Expansion des Kosmos. Beide zusammen sind entscheidende Komponenten unseres kosmologischen Weltbilds, dem sogenannten Lambda Cold Dark Matter Modell (ΛCDM). Nach diesem halten sich Ausdehnung und Gravitation so die Waage, dass die Energiedichte im Kosmos konstant bleibt. Kosmologisch gesprochen ist das Universum damit flach und bewegt sich auf dem schmalen Grat zwischen ewiger Ausdehnung und Kollaps. Allerdings gibt es zwischen dem kosmologischen Standardmodell und realen Messungen der dafür relevanten Werte einige Diskrepanzen. So ist die normale und Dunkle Materie im uns umgebenden All homogener verteilt, als sie es dem Modell zufolge sein dürften. Bei der kosmischen Expansion, ausgedrückt durch die Hubble-Konstante, gibt es dagegen große Diskrepanzen zwischen verschiedenen Messungen.

Euclid: Milliarden Galaxien als Messhilfen

Die Euclid-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA soll nun dabei helfen, diese Diskrepanzen und offenen Fragen zu klären, und neue Informationen über die dunkle Seite unseres Universums sammeln. Das Weltraumteleskop soll am 1. Juli 2023 gegen 17:11 Uhr unserer Zeit vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral ins All starten. Eine Falcon-9-Rakete von SpaceX wird das Teleskop auf Kurs zum Lagrangepunkt L2 bringen. 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. Geht alles gut, wird Euclid in rund vier Wochen am Lagrangepunkt ankommen. Für ihre Mission ist die Sonde mit einem 1,2-Meter-Teleskop und zwei wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, dem VISible Instrument (VIS) und dem Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP).

Ziel der Euclid-Mission ist es, die Expansionsrate und die Massenverteilung im Verlauf der kosmischen Entwicklung zu vermessen. „Euclid wird zehn Milliarden Jahre in die kosmische Vergangenheit zurückblicken und die Geometrie und das Wachstum des Universums untersuchen“, erklärt Alessandra Roy, Euclid-Projektleiterin vom Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dafür durchmustert das Teleskop rund ein Drittel des sichtbaren Himmels und kartiert Milliarden Galaxien. Für die Bestimmung der Materieverteilung wird Euclid den schwachen Gravitationslinseneffekt nutzen. Er entsteht, wenn im Vordergrund einer fernen Galaxie eine große Masse präsent ist – beispielsweise durch eine Ansammlung Dunkler Materie. Ihre Schwerkraft verzerrt dann 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 Instruments (VIS) durchführen und so im Laufe der Zeit eine neue Karte der Materieverteilung erstellen.

Abstände verraten die Expansion

Für die Messung der kosmischen Expansion wird Euclid den Abstand zwischen den vom ihm kartierten Galaxien messen. Der gängigen Theorie zufolge zeigt sich in diesen Abständen eine Art Echo der kosmischen Frühzeit: Dichtefluktationen kurz nach dem Urknall haben dazu geführt, dass Galaxien und Galaxienhaufen im Schnitt knapp 500 Millionen Lichtjahre auseinander liegen. Im Laufe der kosmischen Entwicklung hat die Expansion jedoch ihre Spuren in diesem „Sollabstand“ hinterlassen und ihn auf charakteristische Weise verändert. Dieser Effekt wird als „Baryonische akustische Oszillation“ bezeichnet und kann genutzt werden, um die Expansionsrate zu bestimmen. Euclid wird dafür die Rotverschiebung und Abstände von mehreren Millionen Galaxien unterschiedlichen Alters messen. Dies soll klären, warum es bei den Messungen der Hubble-Konstante bisher Abweichungen gibt und ob sich der Effekt der Dunklen Energie im Laufe der kosmischen Entwicklung verändert hat. „Die europäische Mission Euclid wird den Astronomen dabei helfen, bislang ungelöste Rätsel in der Kosmologie zu entschlüsseln“, sagt Walther Pelzer vom DLR.

Quelle: European Space Agency (ESA), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar