20.11.2003

Licht ins Dunkle

Die NASA plant das "Dark Universe Observatory" (DUO) mit einem in Deutschland entwickelten Röntgenteleskop.



Die NASA plant das "Dark Universe Observatory" (DUO) mit einem in Deutschland entwickelten Röntgenteleskop.

Die amerikanische Weltraumagentur NASA plant einen Satelliten zur Erforschung der "Dunklen Energie", die für die erst vor wenigen Jahren entdeckte beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich gemacht wird. Kernstück des Satelliten ist eine vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik entwickelte neuartige Röntgenkamera in Kombination mit sieben Röntgenteleskopen der Firma Carl Zeiss.

Die gemeinsam mit US-amerikanischen Forschungsinstituten unter Leitung von Richard Griffiths von der Carnegie Mellon University vorgeschlagene Mission "DUO" wurde jetzt mit vier anderen Satelliten-Vorschlägen von der NASA aufgegriffen. In einer fünfmonatigen Studienphase soll nun geprüft werden, wie DUO im Jahr 2007 in eine Erdumlaufbahn gebracht werden kann. Von dort aus soll der auf zwei Jahre geplante Satellit von mehreren zehntausend Galaxienhaufen Daten sammeln, mit deren Hilfe dann neue kosmologische Modelle getestet und die Natur der Dunklen Materie aus der großräumigen Struktur der Galaxienhaufen erschlossen werden sollen.

Die Natur der rätselhaften Dunklen Energie, die das Universum auseinander treibt, ist eine der spannendsten Fragen, der sich Astronomie und Physik heute zu stellen haben. Ihre Beantwortung könnte eine fundamentale Umwälzung der Physik erfordern. Ziel künftiger Experimente ist deshalb die genaue Bestimmung des Anteils der Dunklen Energie am Universum und die Klärung ihrer kosmischen Evolution. Angesichts der fundamentalen Bedeutung, die diesen Fragen zukommt, müssen verschiedene Methoden - unabhängig voneinander - angewandt werden, um wechselseitige Überprüfungen zu ermöglichen, systematische Fehler zu reduzieren und die Gesamtgenauigkeit zu erhöhen. Die erst kürzlich publizierten Ergebnisse des NASA-Satelliten "WMAP" (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) grenzen - in Kombination mit anderen Messungen der Expansion des Universums - die Menge an Dunkler Energie bereits ein. Zu einem ähnlichen Ergebnis hatte bereits die Analyse von Galaxienhaufen mit Hilfe des Röntgensatelliten ROSAT geführt.

Die systematische Röntgenbeobachtung von mehreren zehntausend Galaxienhaufen, also etwa zwanzig Mal mehr als von ROSAT beobachtet wurden, sollen es ermöglichen, die zeitlichen Veränderungen der "Dunklen Energie" noch genauer und vollkommen unabhängig zu bestimmen. Die WMAP-Beobachtungen haben ihre Informationen aus der Frühzeit des Universums vor 13,7 Mrd. Jahren bezogen und diese mit der heutigen Struktur des Kosmos verglichen. Hingegen erlauben Galaxienhaufen eine Diagnose von einem Zeitpunkt an, als das Universum noch nicht einmal halb so alt war, bis heute, und Auskünfte darüber, wann und wo die Effekte der "Dunklen Energie" am größten waren.

Abb. 1: Für das NASA "Dark Universe Observatory" (DUO) ist eine Weiterentwicklung dieser Kamera vorgesehen. (Quelle: MPI für extraterrestrische Physik)

DUO setzt auf Synergien aus einem neuen Röntgendetektor, der am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik ursprünglich für ROSITA, dem geplanten Nachfolger des im Jahr 1999 fehlgeschlagenen Röntgensatelliten ABRIXAS entwickelt wurde und auf der Internationalen Raumstation ISS eingesetzt werden soll. Mit DUO ergibt sich eine extrem kostengünstige Möglichkeit, diese technologischen Innovationen zu nutzen und bei der Suche nach der Natur der Dunklen Energie einzusetzen. Während einer Missionszeit von zwei Jahren soll DUO zwei Himmelsdurchmusterungen durchführen: Die erste wird denselben Himmelsbereich wie der optische "Sloan Digital Sky Survey" (SDSS) abdecken. In dieser großflächigen Durchmusterung werden 6000 Quadratgrad des Himmels und damit etwa 8000 Galaxienhaufen bis zu einer Entfernung von etwa 6 Milliarden Lichtjahren erfasst.

Eine zweite tiefere Durchmusterung soll in einem Gebiet von 150 Quadratgrad nahe dem galaktischen Südpol etwa 1800 Galaxienhaufen bis zu Entfernungen von 8 Milliarden Lichtjahren entdecken. Die Durchmusterungsregion wird so gewählt, dass sie mit den geplanten tieferen Durchmusterungen des Mikrowellen-Hintergrunds überlappt, so dass durch die Kombination von Röntgen- und Mikrowellendaten bessere Ergebnisse in beiden Frequenzbändern erzielt werden. Diese Kombination würde auch Synergien mit anderen in Deutschland durchgeführten Projekten, speziell aber mit dem vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie geleiteten APEX-Experiment, eröffnen.

Abb. 2: Wafer mit neuartigen CCD-Chips für die DUO-Mission. (Quelle: MPI für extraterrestrische Physik/Halbleiterlabor)

Aus deutscher Sicht würde mit DUO ein großer Teil der Investitionen in ABRIXAS wissenschaftlich amortisiert. Zusätzlich soll ein Industrieauftrag von der NASA an die Firma Carl Zeiss zum Bau des Spiegelsystems gehen. Das DUO-Team verfügt über einen großen Erfahrungsschatz, der zusammen mit erprobter Hardware und bereits weitgehend fertig gestellter Software sicherstellt, dass DUO seinem wissenschaftlichen Anspruch gerecht wird, nämlich Licht zu bringen in das Dunkel der kosmischen "Zwillinge" Materie und Energie, die das Verständnis unseres Universums derzeit noch verwirren.

Quelle: MPG

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