Das Vera C. Rubin-Observatorium ist bald bereit, die dunkle Seite des Universums zu erforschen

Hier wie anderswo bereiten sich Forschungsteams akribisch auf die für 2025 geplante Eröffnung des Vera C. Rubin-Observatoriums vor.

Auf dem Gipfel des Cerro Pachón in Chile können wir nun die imposante Silhouette des amerikanischen Observatoriums Vera C. Rubin bewundern. Der 1996 geplante Bau begann 2015 und wird erst in diesem Jahr fertiggestellt. Dieses Observatorium erforderte mehrere technische Meisterleistungen, darunter die Herstellung der größten und empfindlichsten astronomischen Kamera, die jemals gebaut wurde! Es ist so groß wie ein Kleinwagen und kann mit seinen 3,2 Milliarden Pixeln ein breites Spektrum an Wellenlängen erfassen, das von Ultraviolett bis Infrarot reicht.

Das Observatorium erhielt zunächst den Namen LSST (Large Synoptic Survey Telescope) und erhielt schließlich den Namen Vera C. Rubin zu Ehren der 2016 verstorbenen amerikanischen Astrophysikerin, einer Pionierin in der Erforschung der Dunklen Materie. Es wurde mit dem Ziel entwickelt, den Schleier über dunkle Materie und dunkle Energie zu lüften. Obwohl sie unsichtbar sind, machen sie 96 % des Universums aus und bleiben die größten Geheimnisse der aktuellen Astronomie.

Bereits vor der Produktion der ersten Bilder stößt das Observatorium auf großes Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. „Das ist extrem spannend!“ » schwärmt Yashar Hezaveh, Kosmologe und Physikprofessor an der Universität Montreal. Mit seinen Kollegen, darunter dem Kosmologen Laurence Perreault-Levasseur, arbeitet er bereits intensiv an der Entwicklung von Methoden zur Analyse zukünftiger Daten.

Ab 2025 wird das Observatorium mit der beispiellosen Himmelsüberwachung beginnen: dem Legacy-Übersicht über Raum und Zeit. Ein Jahrzehnt lang wird es alle drei bis vier Nächte eine vollständige Vermessung des Himmels der südlichen Hemisphäre erstellen. Seine Kamera, die speziell für die Erkennung von Objekten entwickelt wurde, deren Leuchtkraft oder Position sich ändert (z. B. Supernovae), fungiert als echte Astralwache. Es wird eine Warnung ausgegeben, um alle Änderungen zu melden – wir rechnen mit mehr als 10 Millionen pro Nacht!

„Früher konnten wir relativ kleine Objekte verfolgen, etwa einen Stern oder eine entfernte Galaxie. Aber es gab keine groß angelegte Himmelsdurchmusterung“, erklärt Yashar Hezaveh.

Wie Vera Rubin vor ihm interessiert sich die Forscherin vor allem für die Dunkle Materie, diese Art unsichtbarer Klebstoff, der Galaxien zusammenhält. Insbesondere hofft er, seine Verbreitung kartieren zu können, um mehr über seine grundlegenden Eigenschaften zu erfahren.

Doch die Erforschung dunkler Materie erfordert ein gewisses Maß an Kreativität: Da sie nicht mit Licht interagiert, ist sie für unsere Messgeräte nicht nachweisbar. Wir wissen jedoch, dass es Masse hat und daher Gravitationseffekte auf seine Umgebung ausübt. Und das sind die Auswirkungen, die wir verfolgen.

Hilfe von Linsen

Um es abzubilden, müssen wir seine Auswirkungen auf das Licht mithilfe von „Gravitationslinsen“ beobachten. Bei letzteren handelt es sich um massive Himmelskörper wie Galaxien, deren Gravitationsfeld das von einer entfernten Quelle emittierte Licht von seiner Flugbahn ablenkt. Ergebnis: Wenn wir eine Lichtquelle durch eine „Linsengalaxie“ beobachten, sehen wir kein einzelnes Bild, sondern mehrere verzerrte Bilder, angeordnet in einem leuchtenden Halo namens „Einstein-Ring“.

Allerdings übt die in einer Linsengalaxie enthaltene Dunkle Materie auch eine Gravitationswirkung auf Licht aus. Es hinterlässt einen sehr deutlichen Abdruck auf Einsteins Ring, der uns Rückschlüsse auf seine Verteilung in der Galaxie zulässt.

Das Problem besteht darin, dass es sehr unwahrscheinlich ist, eine Linsengalaxie zu finden: Die Ausrichtung zwischen Lichtquelle, Galaxie und Teleskop muss perfekt sein. Normalerweise muss man eine Million Galaxien scannen, um nur eine zu finden. „Bisher wurden nur einige hundert Gravitationslinsen identifiziert. Aber mit diesem Observatorium und seinen wiederkehrenden Untersuchungen planen wir, fast 200.000 zu identifizieren! » ruft Yashar Hezaveh aus.

Die mit den neuen Gravitationslinsen gewonnenen Bilder von Einsteins Ringen werden es dem Team der Universität Montreal auch ermöglichen, die Expansionsrate des Universums abzuschätzen, ein sehr heißes Thema in der Kosmologie. Dunkle Energie, die Kraft, die die Expansion des Kosmos beschleunigt, wird von anderen Teams dank der zahlreichen Supernovae untersucht, die von der Kamera erfasst werden – diese „Kerzen“ ermöglichen die genaue Berechnung astronomischer Entfernungen und damit der Expansion des Kosmos Universum.

Die Analyse-Herausforderung

Um die anfallenden Datenmengen zu durchforsten, nutzt das Team der Universität Montreal nun künstliche Intelligenz (KI). Und dank der Expertise in Quebec im Bereich KI ist das Team in einer guten Position, die für die Berechnungen erforderlichen digitalen Methoden zu perfektionieren.

Es wird erwartet, dass das Vera-C.-Rubin-Observatorium über einen Zeitraum von zehn Jahren 60 Petabyte an Daten produzieren wird (es würde etwa 70.000 Laptops erfordern, um alles zu speichern!). Wer weiß, was eine solche Menge an Informationen verraten könnte? „Die Daten werden für Astronomen und Kosmologen eine Art Schatztruhe sein“, schließt Yashar Hezaveh philosophisch. Wir studieren [la matière noire], ein bekanntes Unbekanntes. Aber ich glaube, dass die interessantesten Entdeckungen Unbekanntes betreffen werden … Unbekannte! »