Auf dem Weg zur präzisesten Karte des Universums

Das Euclid-Konsortium veröffentlichte vor wenigen Tagen die ersten wissen­schaftliche Arbeiten, die auf Beobachtungen des Euclid-Teleskops basieren. Forschende des Konsortiums beobachteten und analysierten während der Early Release-Observations­phase eine Reihe wissen­schaftlich interessanter Ziele. Sie geben einen Einblick in das beispiellose Potenzial des Teleskops, das die Aufgabe hat, die umfassendste und genaueste Karte unseres Universums zu erschaffen. An dem Großprojekt sind Julien Lesgourgues und Santiago Casas vom Lehrstuhl für Theoretische Astroteilchen­physik und Kosmologie und Institut für Theoretische Teilchen­physik und Kosmologie (TTK) der RWTH Aachen beteiligt.

„Diese erste beein­druckende Veröffentlichung von Euclid-Bildern bestätigt, dass die Mission in den kommenden Jahren in der Lage sein wird, eines ihrer Hauptziele zu erreichen: einen riesigen Katalog von Bildern von etwa einer Milliarde Galaxien erstellen – der größten Galaxien­bildkatalog, der jemals kreiert wurde. Mit einem solchen Katalog werden wir in der Lage sein, den detaillierten Entstehungs­prozess großer Strukturen unseres Universums – zum Beispiel Galaxien­haufen, kosmische Filamente und riesige Leerräume – während der letzten Milliarden Jahre zu verstehen“, sagt Lesgourgues.

Zehn wissen­schaftliche Publikationen präsentieren nun spannende Ergebnisse zur Entdeckung frei schwebender, neu entstandener Planeten sowie neuer Zwerg­galaxien und Galaxien mit geringer Oberflächenhelligkeit, zur Population von Kugelsternhaufen in der Nähe von Galaxien, zur Verteilung der dunklen Materie und des Lichts in Galaxienhaufen oder zu gelinsten Galaxien mit hoher Rotverschiebung. Ebenso veröffentlichte das Konsortium weitere technische Informationen zur Mission, die die heraus­ragenden Fähigkeiten von Euclid bestätigen sollen. 

„Für mich als theoretischen Kosmologen ist es besonders spannend, dass wir nun in der Lage sein sollten, die Masse der leichtesten bekannten Teilchen, der Neutrinos, zu bestimmen und die Eigenschaften der beiden geheimnis­vollsten Bestandteile des Universums, der dunklen Materie und der dunklen Energie, besser zu verstehen. Tatsächlich sind Neutrinos, dunkle Materie und dunkle Energie im Universum sehr häufig, und ihre Eigenschaften – wie eben die Masse von Neutrinos – bestimmen die Art und Weise, wie sich diese großen Strukturen bilden“, erläutert Lesgourgues. „Um die Masse von Neutrinos oder die Eigen­schaften von dunkler Materie und dunkler Energie zu bestimmen, müssen wir die realen Daten mit vielen Computersimulationen des Universums vergleichen, die unter verschiedenen Annahmen durchgeführt wurden.“

Simulationen spielen für die Aachener Forschungs­gruppe Kosmologie eine wichtige Rolle. Die Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln Simulations­codes und stellen diese der internationalen Forschungs­gemeinde zur Verfügung. Sie zeigen, wie das großräumige Universum unter anderem von den Eigenschaften der Neutrinos, der dunklen Materie und der dunklen Energie abhängt. „Diese Instrumente werden eine wesentliche Rolle beim Vergleich zwischen den kosmo­logischen Modellen und den Beobachtungen von Euclid spielen. Wir haben uns seit vielen Jahren auf die Analyse der Euclid-Daten vorbereitet und freuen uns sehr darüber, dass die Satelliten­instrumente so gut funktionieren wie erwartet“, sagt Santiago Casas. 

„Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Bayes'sche Parameterschätzung, bei der wir hochentwickelte statistische Methoden einsetzen, um die Parameter unseres Modells an die Beobachtungs­daten anzupassen. Diese Methoden sind sehr rechenintensiv, so dass wir für Teile dieser Berechnungen auf das RWTH High Performance Computing Cluster zurückgreifen. Indem wir verschiedene Szenarien simulieren und unterschiedliche Annahmen untersuchen, prognostizieren wir die Leistungs­fähigkeit der Euclid-Mission bei der Messung der kosmo­logischen Parameter unseres Universums, wie etwa die Häufigkeit von dunkler Materie und dunkler Energie. An der RWTH Aachen haben wir zwei in der kosmo­logischen Gemeinschaft weithin anerkannte Codes entwickelt – CLASS und MontePython – die erheblich dazu beitragen, diese Analysen zu ermöglichen“, so Casas.

In Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraum­organisation ist das Euclid-Konsortium für die Durchführung der Mission verant­wortlich. Das Konsortium hat die Mission des Weltraum­teleskops Euclid geplant und die benötigten Instrumente gebaut. Ziel der Mission ist es, den extragalaktischen Himmel über einen Zeitraum von sechs Jahren zu kartieren und Daten zu liefern, die neue Erkenntnisse über dunkle Energie und dunkle Materie ermöglichen. Das Teleskop wurde am 1. Juli 2023 ins All gestartet und begann am 14. Februar 2024 mit der Durch­musterung des Himmels. Das Euclid-Konsortium umfasst mehr als 2600 Mitglieder, darunter über 1000 Forscher aus mehr als 300 Forschungs­einrichtungen in 15 europäischen Ländern sowie Kanada, Japan und den Vereinigten Staaten. Die beteiligten Institute und Labore decken die verschiedenen Bereiche der Astrophysik, Kosmologie, theoretischen Physik und Teilchen­physik ab.

RWTH / JOL