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Bildung & Uni, Tech

Weltraumteleskop Euclid startet, Uni Innsbruck hilft mit

Euclid-Weltraumteleskop ©ESA / S. Corvaja

Launch-Time. Am 1. Juli startet das Weltraumteleskop Euclid: Forscher:innen der Uni Innsbruck arbeiten an dem ESA-Projekt mit, dass das Rätsel der dunklen Materie erforschen soll.

Mit dem SpaceX-Raketenstart am 1. Juli um 11:12 Ortszeit in Florida (17:12 MEZ) beginnt die Euclid-Mission der Europäischen Raumfahrtagentur ESA, um die dunkle Materie und dunkle Energie des Universums zu erforschen. Auch die Forschungsteams von Tim Schrabback und Francine Marleau an der Universität Innsbruck sind maßgeblich an dem Projekt beteiligt und beschäftigen sich mit der Vorbereitung für die Mission und der Auswertung der Ergebnisse, heißt es in einer Aussendung der Uni.

Ziel von Euclid ist der Lagrange-Punkt L2, sozusagen ein Ruhepol im Sonnensystem, von dem aus Beobachtungen besser möglich sind. Euclid siedelt sich damit in kosmischer Nachbarschaft des James Webb-Teleskops (JWST) an: Mit einem Spiegeldurchmesser von 1,2 m ist Euclid zwar deutlich kleiner als das JWST (6,5 m), es hat aber auch eine andere Aufgabe. Euclid soll das „dunkle Universum“ erforschen und zu diesem Zweck eine Karte des Universums in nie dagewesener Auflösung erstellen, während das JWST sozusagen einen besonders genauen Blick auf interessante Objekte wirft.

Das Weltraumteleskop

Das Weltraumteleskop Euclid soll über die nächsten Jahre die größte und genauste 3D-Karte des Universums erstellen und Milliarden von Galaxien beobachten, die bis zu 10 Milliarden Lichtjahre entfernt liegen. Anhand dieser Karte kann Euclid offenlegen, wie das Universum sich nach dem Urknall ausgedehnt hat und wie sich die Strukturen im Universum entwickelt haben. Dies werde Wissenschaftler:innen mehr Anhaltspunkte geben, um die Rolle der Schwerkraft und das Wesen von dunkler Energie und dunkler Materie besser zu verstehen.

„In der Vergangenheit revolutionierte das berühmte Weltraumteleskop Hubble die Astronomie und Astrophysik mit seinen scharfen Bildern, die nicht durch die Luftunruhe der irdischen Atmosphäre verwaschen werden. Das Neue an Euclid ist das 180-fach größere Gesichtsfeld im Vergleich zu Hubble. Damit kann Euclid erstmals ähnlich scharfe Bilder für einen großen Teil des Himmels gewinnen. Diese Daten werden für eine Vielzahl an Forschungsfeldern innerhalb der Astronomie und Astrophysik von unschätzbarem Wert sein“, so Francine Marleau, assozierte Professorin am Institut für Astro- und Teilchenphysik und Forschungsgruppenleiterin.

Was sind dunkle Materie und dunkle Energie?

Die Lichtquellen des Universums, also Planeten, Sterne, Galaxien und Gase, werden seit Jahrhunderten erforscht. 95% des Universums aber besteht aus unbekannten und unsichtbaren Größen, die die Verteilung und Bewegung der Objekte im Universum beeinflussen. Diese werden als dunkle Energie und dunkle Materie bezeichnet. Was genau diese Größen eigentlich sind, weiß aber niemand. Dunkle Energie und dunkle Materie zu verstehen, ist eine der größten heutigen Herausforderungen der Physik.

Weltraumforschung in Innsbruck

Das Forschungsgebiet von Tim Schrabbacks Arbeitsgruppe ist die extragalaktischen Astrophysik und Kosmologie. Francine Marleau erforscht mit ihrer Gruppe die Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Gemeinsam seien die Teams intensiv an den Vorbereitung der Euclid-Mission beteiligt und werden auch bei der Auswertung der Messungen wichtige Aufgaben übernehmen. Diese sind laut Uni Innsbruck:

  • Bildkalibrierung: Alle Materie, auch die dunkle, verzerrt die Bilder von Galaxien wie durch eine Lupe. Das nennt sich Gravitationslinseneffekt. Um den Grad der Verzerrung zu bestimmen, müssen die Formen der beobachteten Galaxien bestimmt werden. Da diese Galaxien oft nur wenige Pixel groß und teilweise sehr lichtschwach sind, ist es nicht so einfach, Formen akkurat zu messen. Die hierfür angewandten Verfahren müssen an hochgradig realistischen Bildsimulationen kalibriert werden. Dies ist das Hauptthema zweier FFG/BMK-geförderter Projekte an der Universität Innsbruck: „Beispielsweise optimieren wir Verfahren zur realistischen Darstellung von Galaxienbildern und testen hierfür auch den Einsatz KI-gestützter Algorithmen“, erklärt Doktorand Benjamin Csizi. „Ebenso untersuchen wir Methoden, die den enormen Bedarf derartiger Simulationen an Rechenleistung und somit Energie reduzieren“, ergänzt Henning Jansen, ebenfalls Doktorand in der Arbeitsgruppe von Tim Schrabback.
  • Kosmologie mit dem Gravitationslinseneffekt: Aus den gemessenen Galaxienbild-Verzerrungen können kosmologische Parameter bestimmt werden, die die Ausdehnung und Entwicklung des Universums beschreiben, insbesondere die Menge an dunkler Materie sowie die Dynamik von dunkler Energie. Um von den beobachteten Galaxien zu diesen Parametern zu kommen, müssen jedoch ganze Kataloge an Galaxien statistisch ausgewertet und mit Modellen verglichen werden. Diese statistischen Methoden werden in Innsbruck im Rahmen eines neuen, von der Postdoktorandin Laila Linke geleiteten FWF/Esprit-Projekts mitentwickelt und durch realistische Simulationen getestet.
  • Kosmologie mit Galaxienhaufen: Die kosmologischen Parameter können auch mithilfe von Galaxienhaufen bestimmt werden. Diese sind Gebilde von hunderten bis tausenden von Galaxien, mit etwa 1014 Sonnenmassen. „Die Anzahl dieser Galaxienhaufen pro Masse bestimmt, wie sich im Universum komplexe Strukturen gebildet haben. Mit Euclid und dem Gravitationslinseneffekt können wir die Masse der Haufen abschätzen und mit kosmologischen Modellvorhersagen vergleichen“, erklärt Sebastian Grandis, Senior Scientist am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck.
  • Galaxienentstehung im “lokalen Universum”: Die Empfindlichkeit, räumliche Auflösung und Wellenlängenabdeckung von Euclid machen es laut den Angaben zu einer idealen Einrichtung, um die Eigenschaften von Galaxien im Detail zu untersuchen. Die Arbeitsgruppe von Francine Marleau konzentriert sich hierbei insbesondere auf Zwerggalaxien und Galaxien mit geringer Oberflächenhelligkeit. Diese Zwerggalaxien sind besonders interessant, weil ihre Entstehung und Entwicklung noch nicht gut beschrieben sind. Außerdem können mit ihnen Fragen zur Entstehung der ersten Sterngeneration, dem Wachstum von schwarzen Löchern und den Eigenschaften Dunkler Materie untersucht werden.

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