Zusammenfassung:
Das römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA steht kurz vor dem Start. Dieses Teleskop wird das Universum auf eine völlig neue Art und Weise beobachten: Während die Bildschärfe auf dem Niveau des Hubble-Weltraumteleskops erhalten bleibt, wird es über ein viel größeres Sichtfeld verfügen und Wissenschaftlern dabei helfen, dunkle Energie, dunkle Materie, entfernte Galaxien, sterbende Sterne und Planeten zu untersuchen, die im Glanz anderer Sterne verborgen sind.
Das römische Weltraumteleskop ist nur noch einen Tag vom Start entfernt. Als nächste Flaggschiff-Astrophysikmission der NASA nach dem James Webb-Weltraumteleskop wird es eines der ersten Weltraumteleskope sein, das in der Lage ist, das Universum in großem Maßstab und mit hoher Effizienz zu untersuchen. Die NASA geht davon aus, dass das römische Teleskop im Januar 2027 mit wissenschaftlichen Beobachtungen beginnen wird.
Mehrere Lehrkräfte und Studenten der University of Arizona werden nach Cape Canaveral, Florida, reisen, um am Start dieser wichtigen Mission teilzunehmen. Am 24. August 2026 hat das römische Weltraumteleskop die Verkleidungsverpackung fertiggestellt und wird dann an die Falcon Heavy-Rakete angedockt.
Das James Webb-Weltraumteleskop wird hauptsächlich zur Tiefenbeobachtung eines relativ kleinen Bereichs des Universums verwendet, während der herausragende Vorteil des römischen Weltraumteleskops seine große Abdeckung ist. Beide Teleskope sind in der Lage, Infrarotlicht zu beobachten, sodass Astronomen ihre Beobachtungen kombinieren können, um ein vollständigeres Bild des Universums zu erhalten, das mit beiden Teleskopen allein nur schwer zu erreichen wäre.
Der Hauptspiegel des römischen Teleskops hat einen Durchmesser von etwa 2,4 Metern und ist damit genauso groß wie der Hauptspiegel des Hubble-Weltraumteleskops. Allerdings wird Lohmann ein Instrument mit sich führen, das das Beobachtungsspektrum deutlich erweitern wird. Sein Weitfeldinstrument ist in der Lage, etwa das Hundertfache der Himmelsfläche als Hubbles Kamera zu erfassen und dabei eine ähnliche Empfindlichkeit wie die Hubble-Kamera beizubehalten.
Das Hubble-Weltraumteleskop ist seit mehr als 30 Jahren in Betrieb und hat etwa 0,1 % des Nachthimmels beobachtet. Im Gegensatz dazu soll das Lohmann-Teleskop den gesamten Himmel mit der gleichen Auflösung abdecken. Ein derart weites Sichtfeld eignet sich besonders gut zum Auffinden seltener Objekte, darunter sterbende Sterne, neu entstandene Planeten und riesige Galaxienhaufen.
Forscher der University of Arizona werden an der Analyse dieser Beobachtungsdaten und der Suche nach neuen wissenschaftlichen Entdeckungen beteiligt sein.
Dunkle Materie und dunkle Energie sind die Hauptforschungsziele des römischen Teleskops und sie sind auch die beiden tiefgreifendsten Geheimnisse der modernen Kosmologie. Dunkle Materie selbst emittiert kein Licht, aber ihre Schwerkraft beeinflusst Galaxien und andere Strukturen im Universum. Dunkle Energie nennen Wissenschaftler einen mysteriösen Einfluss, der offenbar die Beschleunigung der Expansion des Universums vorantreibt. Dunkle Materie und dunkle Energie bilden zusammen fast alle Bestandteile des Universums.
Die NASA hat das Arizona Cosmology Laboratory an der University of Arizona ausgewählt, um zwei Studien zu unterstützen, die darauf abzielen, die Natur der Dunklen Materie und Dunklen Energie aufzudecken. Einer bezieht das Weitfeld-Wissenschaftsteam ein und der andere ist für den Aufbau der Projektinfrastruktur verantwortlich.
Elizabeth Krauser, Professorin für Astronomie und Physik an der University of Arizona, leitet das Weitfeld-Wissenschaftsteam „Kinematic Gravitational Lensing Research Using the Roman Space Telescope“. Das Team erhielt zwei Millionen US-Dollar für die Entwicklung einer kosmologischen Messmethode namens „Kinematischer Gravitationslinseneffekt“.
Die Forscher planen, die von Roman aufgenommenen Bilder mit Spektraldaten zu kombinieren, um dunkle Materie und dunkle Energie präziser als je zuvor zu messen.
Ein weiteres Team der University of Arizona wird auch für den Aufbau der Projektinfrastruktur im multiinstitutionellen Kooperationsprojekt „Maximierung kosmologischer Wissenschaftsergebnisse mithilfe des Lohmann High-Latitude Imaging Survey“ verantwortlich sein. Tim Eifler, Professor für Astronomie und Physik, leitet die Arbeitsgruppe, die für die Interpretation der römischen Kosmologiedaten verantwortlich ist.
Das römische Teleskop wird sowohl erdnahe als auch extrem entfernte Galaxien erkennen. Astronomen werden diese Galaxien lokalisieren und ihre Eigenschaften messen und so einen riesigen Katalog von Galaxien erstellen. Mithilfe von Computermodellen werden die Forscher diese Kataloge dann in Informationen über die grundlegenden physikalischen Gesetze des Universums übersetzen.
Die Durchführung dieser Arbeit erfordert erhebliche Rechenleistung. Das Lohmann-Programm der NASA hat dem Eifler-Labor 800.000 US-Dollar für den Kauf von Rechenressourcen bereitgestellt. Diese Ressourcen werden Teil eines neuen Hochleistungsrechnersystems im Universitätsmaßstab sein, das voraussichtlich im Herbst dieses Jahres in Betrieb genommen wird. Eiflers Labor erhält in den nächsten fünf Jahren außerdem 2,4 Millionen US-Dollar für die Durchführung entsprechender Forschungsarbeiten.
Eifler sagte, diese Infrastruktur werde Forschern dabei helfen, die Umstellung von Galaxienkatalogen auf kosmologische Erklärungen abzuschließen und es ihnen zu ermöglichen, den Gehalt an dunkler Energie und dunkler Materie im Universum zu bestimmen. Er fungiert außerdem als Co-Vorsitzender der Cosmology Group, die mehr als 1.000 Wissenschaftler aus der ganzen Welt zusammenbringt. Eifler sagte, es sei ein „Traumjob“, die globale wissenschaftliche Forschungsgemeinschaft so zu organisieren, dass sie an diesem wissenschaftlichen Ziel zusammenarbeitet.
Das römische Weltraumteleskop wird nicht nur großformatige Karten des Universums zeichnen, sondern auch neue Methoden zur direkten Fotografie von Exoplaneten testen. Der Koronograph, den er trägt, wird Lichtabschirmungen, Prismen, Detektoren, Filter und selbstjustierende Spiegel verwenden, um das extrem intensive Licht des Sterns zu unterdrücken.
Wenn das helle Licht des Sterns schwächer wird, haben Astronomen die Möglichkeit, viel schwächere Planeten und Staubscheiben zu beobachten, die den Stern umkreisen.
Derzeit stützen sich die meisten von Menschen entdeckten Exoplaneten auf indirekte Methoden zur Bestätigung. Wissenschaftler können beispielsweise die winzigen Einbrüche im Sternenlicht messen, die dadurch entstehen, dass Planeten vor Sternen vorbeiziehen. Romans Koronograph wird einen anderen Ansatz verfolgen und versuchen, den Planeten selbst direkt sichtbar zu machen.
Dieses Instrument soll in der Lage sein, Planeten zu erkennen, die 100 Millionen Mal dunkler sind als ihre Muttersterne. Im Vergleich zu bestehenden Weltraumkoronographen wird seine Leistung um etwa das 100- bis 1.000-fache gesteigert.
Skyler Wolf, außerordentlicher Forschungsprofessor für Astronomie und Leiter der Arbeitsgruppe für die Planung von Koronagraphenbeobachtungen, sagte, die Technologie werde eine entscheidende Validierung für künftige Observatorien auf der bewohnbaren Welt liefern. Das Habitable World Observatory ist ein geplantes Teleskopprojekt, das speziell darauf ausgelegt ist, nach Anzeichen für mögliches Leben in anderen Sternensystemen zu suchen.
Mehrere Forscher der University of Arizona waren an der Entwicklung des römischen Koronagraphen beteiligt und werden an zukünftigen Beobachtungen teilnehmen, darunter der Direktor des Mond- und Planetenlabors Mark Marley, der außerordentliche Professor für Astronomie Euan S. Douglas, die stellvertretende Forschungsprofessorin am Steward Observatory, Lamia Anche, und der Postdoktorand für Astronomie, Justin Holm.
Maley wird mit dem außerordentlichen Professor des Lunar and Planetary Laboratory, Ty Robinson, und der Postdoktorandin Zara Brown zusammenarbeiten, um mithilfe von Koronagraphendaten die Atmosphären von Objekten außerhalb unseres Sonnensystems zu untersuchen.
Brown hat Klima- und Spektralmodelle der selbstleuchtenden Riesenplaneten erstellt. Diese Planeten sind oft sehr jung und extrem heiß und erzeugen ihr eigenes thermisches Infrarotlicht. Ihr Modell kann die atmosphärische Temperatur, die chemische Zusammensetzung, die Wolkenbedingungen und das Infrarotspektrum eines Planeten vorhersagen, das jeder Planet wahrscheinlich aussendet.
Diese Vorhersagen sind wichtig, da viele dieser Objekte noch nie zuvor in diesen Wellenlängen untersucht wurden. Brown sagte, die vorhergesagten Spektren seien für die Beobachtungsplanung von entscheidender Bedeutung. Der römische Koronograph sieht sich extrem schwachen und kontrastreichen Zielen gegenüber, daher muss das Forschungsteam ausreichend Beobachtungszeit einplanen, um sicherzustellen, dass mögliche Ziele entdeckt werden können, ohne dabei die begrenzten Beobachtungsressourcen der Mission übermäßig zu beanspruchen.
Anches Team untersucht die Struktur exoplanetarer Systeme. Holm ist dafür verantwortlich, die für die Kalibrierung des Koronographen am besten geeigneten Sterne zu finden und auch vorläufige Beobachtungsprojekte mit bodengestützten Teleskopen zu leiten, um Unterstützung für zukünftige Bestätigungsziele römischer Missionen bereitzustellen.
Das römische Weltraumteleskop wird voraussichtlich im Januar 2027 seinen wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen, wenn die gewonnenen Beobachtungsdaten der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft zugänglich sein werden. Die University of Arizona wird für neun von der NASA genehmigte römische Datenforschungsprojekte mit einer entsprechenden Finanzierung von mehr als 2 Millionen US-Dollar verantwortlich sein.
Der Forschungsumfang dieser Projekte umfasst nicht nur Dunkle Energie und Exoplaneten, sondern auch Themen wie supermassereiche Schwarze Löcher, Gravitationslinsen, Galaxienentstehung, Reionisierungsprozesse und kosmischer Staub.
Mit Bilddetails, die denen des Hubble-Weltraumteleskops ähneln, und einem Sichtfeld, das weit über Hubble hinausgeht, wird das römische Weltraumteleskop Wissenschaftlern dabei helfen, Himmelsobjekte zu entdecken, die andere Teleskope oft übersehen, und weiter aufdecken, wie diese Entdeckungen in das Gesamtbild der Entwicklung des Universums passen.
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