Weitblick und eine Blende für kosmische Erkenntnisse

Das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop der NASA hat erfolgreich die Erde verlassen: Die Mission startete am Sonntag um 13:26 Uhr MESZ vom Startkomplex 39A im Kennedy Space Center in Florida an Bord einer Falcon-Heavy-Rakete von Space X. Die Reise zur endgültigen Umlaufbahn in 1,5 Millionen Kilometern Entfernung wird drei Monate dauern. Von dort aus soll das Teleskop die Dunkle Seite des Universums und Exoplaneten erkunden.

Dieser Start markiert das Ende der bisher über 15-jährigen Geschichte der Mission, die 2010 als „Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST)“ auf dem Wunschzettel der amerikanischen Astronomie-Community stand. Sie profitierte von einem Geschenk des National Reconnaissance Office (NRO) an die NASA in Form zweier ungenutzter Spiegelteleskope mit 2,4 Metern Durchmesser, die ursprünglich für einen Spionagesatelliten gedacht waren.

Dieses Geschenk prägte das Design und die weitere Entwicklung des Weltraumteleskops, das ein hundertmal größeres Sichtfeld als die Kamera des Hubble-Weltraumteleskops bieten sollte. WFIRST wurde 2016 zur offiziellen NASA-Mission und überstand eine Kostenkrise ab 2018. 2020 die Umbenennung in Nancy Grace Roman Space Telescope – zu Ehren von Nancy Grace Roman, der ersten Chefastronomin der NASA und „Mutter des Hubble-Teleskops“.

Während seines mindestens fünf Jahre dauernden Betriebs ist eine Hauptaufgabe des Teleskops, die Geschichte des Weltalls sowie der Beiträge Dunkler Materie und Dunkler Energie zur Expansion und zur Entstehung der großräumigen Struktur des Kosmos zu erforschen. Dabei ergänzen sich die Messungen mit denen des Weltraumteleskops Euclid der Europäischen Weltraumagentur ESA, das seit 2023 ähnliche Ziele verfolgt.

Um mehr über die Dunkle Energie zu erfahren, wird Roman seinen leistungsstarken 2,4-Meter-Spiegel und sein Weitwinkelinstrument nutzen. Damit soll es die Struktur und Verteilung der Materie im gesamten Kosmos kartieren und messen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit ausgedehnt hat. Dabei wird die Mission unterschiedlich alte Galaxien untersuchen: Von der Gegenwart bis zu dem Zeitpunkt, als das Universum erst eine halbe Milliarde Jahre alt war – das entspricht etwa vier Prozent seines heutigen Alters. Dafür durchmustert das Weltraumteleskop den Himmel nach Supernovae und Galaxienhaufen, um dreidimensional die Verteilung von Galaxien zu kartieren. Diese Untersuchungen decken größere Entfernungen als bisher ab, um zu messen, wie der Einfluss der Dunklen Energie im Laufe der Zeit zugenommen hat.

Mit Hilfe des schwachen Gravitationslinsen-Effekts soll das Weitwinkelinstrument ein umfassendes Bild davon zeichnen, wie die Materie im gesamten Universum strukturiert ist. Dieser Effekt nutzt aus, dass massereiche Objekte wie Galaxien die Raumzeit so krümmen, dass das in ihrer Nähe vorbeistreifende Licht abgelenkt wird. Dadurch entsteht ein verzerrtes, vergrößertes Bild der weit entfernten Galaxien hinter ihnen.

Zusätzlich soll Roman zahlreiche neue Exoplaneten entdecken. Dabei kommt unter anderem das Messinstrument CGI (Coronagraph Instrument = Kororongrafeninstrument) zum Einsatz, an dessen Entwicklung und Bau das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg als einziger direkter deutscher Partner der NASA maßgeblich beteiligt ist. Das Team steht unter der Leitung von Oliver Krause aus der Abteilung Planetenentstehung und Exoplaneten.

Mit dem CGI wird ein innovatives Instrumentendesign getestet, das die direkte Abbildung und die Spektroskopie von Exoplaneten auf engen Umlaufbahnen um ferne Sterne ermöglicht. Seine optischen Elemente – Masken, verformbare Spiegel und Sensoren – werden das störende Sternlicht ausblenden, sodass das schwache, von den Planeten reflektierte Licht für die Forschung sichtbar wird.

Ziel des CGI ist es, Planeten und Staubscheiben um nahe Sterne im sichtbaren Licht aufzunehmen. „Dadurch lassen sich Gasplaneten untersuchen, die älter und kälter sind und ihren Stern auf engeren Bahnen umkreisen als die warmen, jungen Riesenplaneten, die bisher durch direkte Abbildung entdeckt wurden“, sagt Thomas Henning. Er war Direktor am MPIA, als die Arbeiten am Roman-Teleskop initiiert wurden.