Expansion des Universums im Visier

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Neues NASA-Teleskop: Roman sieht hundertmal mehr als Hubble – und soll das Universum neu vermessen

Von: Tanja Banner

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Das neue NASA-Weltraumteleskop Roman soll das Rätsel der kosmischen Expansion lösen. Doch wo wartet seine spannendste Entdeckung?

Washington D.C. – Das James-Webb-Weltraumteleskop liefert spektakuläre Aufnahmen aus der Frühzeit des Universums. Das Hubble-Weltraumteleskop hat mit seinen scharfen Bildern von Galaxien, Nebeln und Sternentstehungsgebieten die Astronomie geprägt. Am vergangenen Sonntag (30. August) hat die NASA ein neues großes Weltraumteleskop ins All gestartet. Das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop, benannt nach der ersten NASA-Chefastronomin, ist derzeit auf dem Weg in eine Umlaufbahn um den Lagrange-Punkt L2.

Dieser Punkt befindet sich rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und bietet Roman eine besonders stabile Beobachtungsumgebung für großflächige Himmelsdurchmusterungen. Roman soll dabei nicht einfach die nächste Version von Hubble oder Webb werden. Die Mission ist vor allem auf den großen Überblick ausgelegt: Mit einer einzelnen Aufnahme kann das Teleskop ein Himmelsfeld erfassen, das mindestens hundertmal größer ist als Hubbles Infrarot-Sichtfeld – bei vergleichbarer Bildschärfe.

Neues NASA-Weltraumteleskop: Roman soll die Expansion des Universums erforschen

Genau das ist entscheidend, wenn Forschende herausfinden wollen, warum sich die Expansion des Universums beschleunigt. Dafür reicht es nicht, wenige kleine Regionen besonders genau anzusehen. Man muss große Bereiche des Universums vermessen. Roman ist dabei nicht das einzige Weltraumteleskop, das große Teile des Himmels vermisst.

Auch die europäische Euclid-Mission untersucht die kosmische Expansion und die Verteilung von Materie. Euclid kartiert allerdings eine deutlich größere Fläche, während Roman einen kleineren Bereich tiefer und mit höherer Auflösung im Infrarot beobachten soll. Die Daten beider Missionen können sich deshalb ergänzen: Euclid liefert die große Karte, Roman schaut in besonders ausgewählten Bereichen genauer hin.

Roman-Teleskop hat ein großes Sichtfeld – so wird ein großer Bereich des Himmels untersucht

Die Kosmologin Rachel Mandelbaum von der Carnegie Mellon University forscht zur Entwicklung der großräumigen Strukturen im Universum. Für sie ist Romans großes Sichtfeld deshalb nicht nur eine technische Besonderheit, sondern die Voraussetzung für verlässlichere Messungen der kosmischen Entwicklung.

Auf Anfrage der Frankfurter Rundschau von Ippen.Media erklärt sie: „Die Weitfeldkamera von Roman eröffnet die Möglichkeit, sehr große Bereiche des Himmels effizient abzudecken, um große kosmologische Volumina zu untersuchen – im Vergleich zu dem, was mit den wesentlich kleineren Sichtfeldern von Hubble und Webb möglich ist. Das ist für meine wissenschaftlichen Interessen der bedeutendste Vorteil von Roman.“

Forschende wollen große Bereiche des Universums beobachten – um sich nicht einzuschränken

Der Grund dafür ist ein Problem, das in der Kosmologie „kosmische Varianz“ genannt wird. „Wenn wir nur kleine Regionen des Himmels messen können, werden unsere Messungen immer durch die sogenannte ‚kosmische Varianz‘ eingeschränkt sein“, gibt Mandelbaum zu bedenken. „Das bedeutet im Wesentlichen, dass wir möglicherweise etwas beobachten, das auf eine ungewöhnliche Eigenschaft dieser kleinen Region zurückzuführen ist, und wir fälschlicherweise annehmen, dass dies für das gesamte Universum gilt.“

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Auf die Frage, wie das Roman-Teleskop das Verständnis des Universums verändern könnte, sagt die Wissenschaftlerin: „Nahezu jedes Ergebnis zur beschleunigten Expansion des Universums wäre ein enormer Fortschritt für unser Verständnis.“ Entscheidend sei allerdings, dass ein solches Ergebnis robust ist.

Nancy-Grace-Roman-Teleskop der NASA soll große Mengen an vergleichbaren Daten liefern

Besonders aussagekräftig wäre es der Expertin zufolge, wenn sich aus den Roman-Messungen zur Expansionsgeschichte des Universums und zur Entwicklung kosmischer Strukturen ein konsistentes kosmologisches Bild ergeben würde. Dafür soll Roman die Expansion des Universums auf mehreren Wegen untersuchen: anhand explodierender Sterne, der Verteilung von Galaxien und der winzigen Verzerrungen, die die Schwerkraft von Materie im Licht ferner Galaxien hinterlässt.

Die besondere Leistung von Roman liegt damit weniger in einem einzelnen spektakulären Bild als in der Menge und Vergleichbarkeit der Daten. Das Teleskop soll nicht nur einzelne Galaxien oder Planetensysteme untersuchen, sondern zeigen, wie häufig bestimmte Objekte sind, wie sie verteilt sind und wie sie sich im Laufe der kosmischen Geschichte verändern.

Neues NASA-Weltraumteleskop wird auch nach Exoplaneten suchen

Roman soll jedoch nicht nur die Expansion des Universums vermessen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Suche nach Exoplaneten. Dafür wird das Teleskop über längere Zeit auf dicht besiedelte Regionen im Zentrum der Milchstraße blicken. Mithilfe des sogenannten Gravitations-Mikrolinseneffekts können Forschende erkennen, wie die Schwerkraft eines Planeten das Licht eines dahinterliegenden Sterns kurzfristig verändert. Auf diese Weise könnte Roman Planetensysteme finden, die mit anderen Suchmethoden nur schwer zu entdecken sind – darunter Welten, die weiter von ihrem Stern entfernt sind oder sogar frei durch die Galaxie treiben.

Eine weitere Besonderheit ist Romans Koronagraf. Er soll das helle Licht eines Sterns so weit unterdrücken, dass sich schwächere Planeten in seiner unmittelbaren Umgebung direkt abbilden lassen. Das Instrument ist zunächst als Technologiedemonstration angelegt. „Der Koronagraf ist ein bedeutender technologischer Fortschritt gegenüber den Koronagrafen des Hubble- und des Webb-Teleskops, was spannende neue Möglichkeiten bei der Entdeckung von Exoplaneten eröffnet“, erklärt Mandelbaum.

Erdähnliche Planeten wird das Roman-Teleskop nicht fotografieren können

Im Visier des Koronagrafen stehen vorwiegend größere, hellere und weiter von ihrem Stern entfernte Welten – etwa Jupiter-ähnliche Planeten. Erdähnliche Planeten in habitablen Zonen wird Roman voraussichtlich nicht direkt fotografieren können. Die Mission soll vielmehr Technologien erproben, die für spätere Weltraumteleskope zur Suche nach solchen Welten wichtig sein könnten.

Das Roman-Weltraumteleskop wird Hubble und Webb nicht ersetzen. Vielmehr könnte Roman interessante oder seltene Objekte in großen Himmelsdurchmusterungen aufspüren, die anschließend mit den beiden anderen Teleskopen genauer untersucht werden. Webb hat den größeren Spiegel und ist für besonders tiefe Infrarotbeobachtungen ausgelegt. Hubble beobachtet unter anderem im sichtbaren und ultravioletten Licht – beide liefern deshalb Perspektiven, die Romans Vermessungen ergänzen können.

NASA-Teleskope Roman, Hubble und Webb: ein Team im Weltall

Das Zusammenspiel könnte ungefähr so aussehen: Roman kartiert große Himmelsregionen und entdeckt darin seltene Galaxien, Supernovae oder Planetensysteme. Hubble und Webb richten anschließend ihre schmaleren Sichtfelder auf einzelne dieser Ziele und untersuchen sie im Detail. Die größte Neuerung der Mission wäre damit nicht nur ein schärferer Blick ins All, sondern ein größerer Maßstab. (Quellen: Eigene Recherche, NASA) (tab)