Vera Rubins Superteleskop wird uns den größten Film unseres Universums bescheren: „Es ist eine Revolution“

Wenn man an Teleskope denkt, fragt man sich immer, wie weit sie mit ihren leistungsstarken Linsen sehen können. Das neu eröffnete Vera Rubin , erbaut in den Bergen Chiles, wo die klare, trockene Luft ein Paradies für Astronomen aus aller Welt schafft, bietet beides .

Sein „Auge“ bewegt sich schnell und kann in wenigen Stunden große Himmelsbereiche fotografieren, sodass in 3–4 Nächten der gesamte Himmel der südlichen Hemisphäre abgedeckt ist.

Im Laufe von zehn Jahren wird es mit dem weltweit größten fotografischen Sensor (3.200 Megapixel) und einem ebenso rekordverdächtigen Objektiv den gesamten Himmel 800 Mal im sichtbaren, nahinfraroten und nahultravioletten Licht kartieren.

Es wird uns „ den großartigsten Film unseres Universums “ zurückgeben, sagt Sara (Rosaria) Bonito , 48, Wissenschaftlerin am Nationalen Institut für Astrophysik am Observatorium von Palermo und Vertreterin des INAF im Verwaltungsrat der LSST Discovery Alliance des Vera C. Rubin Observatoriums. Ziel: zu untersuchen, wie dunkle Materie und Energie den Kosmos krümmen und beschleunigen, aber auch alles zu beobachten, was sich am Himmel bewegt oder seine Helligkeit verändert, neue Objekte, Sterne, Asteroiden und Kometen zu entdecken. Und wie ein Wächter die internationale Gemeinschaft vor den Geschehnissen zu warnen. „Ein revolutionäres Projekt auch für die neuen Generationen.“

Dr. Bonito, welche neuen Entdeckungen sollten mit dem Vera Rubin Observatorium gemacht werden?

Es handelt sich um ein vor zwanzig Jahren ins Leben gerufenes Projekt zur Erforschung dunkler Energie und Materie. Die Idee bestand darin, erstmals drei herausragende Eigenschaften von Teleskopen zu vereinen: ein großes Sichtfeld, Geschwindigkeit und die Möglichkeit, das Teleskop rasch zu bewegen und so alle drei Tage – also in kürzester Zeit – ein Bild des gesamten Südhimmels aufzunehmen. Außerdem ermöglicht es die Beobachtung sehr lichtschwacher und damit weit entfernter Objekte. Zusammen haben diese Eigenschaften die ursprünglichen Ziele des Teleskops im Laufe der Zeit revolutioniert. So ist es nun möglich, dieses revolutionäre Projekt in unzähligen Bereichen einzusetzen: unserem Sonnensystem, unserer Galaxie, der Milchstraße und allem, was am Himmel vergänglich und lebensfähig ist.

Wir haben über „Astrokinematographie“ gesprochen. Was bedeutet das?

Das bedeutet, dass wir den größten Film unseres Universums in Raum und Zeit erhalten: eine dynamische Vision unserer Erforschung des Kosmos. Denn seltene, ungewöhnliche, interessante und veränderliche Ereignisse sowie anhaltende Ereignisse können uns eine detaillierte Karte unseres gesamten Universums liefern.

Wir sind es gewohnt, den Himmel mit den Fixsternen und die Fotos großer Teleskope zu betrachten und denken, alles sei unbeweglich oder verändere sich über einen Zeitraum, der weit über ein Menschenleben hinausgeht. Was sind also flüchtige Objekte?

Fast alle astrophysikalischen Objekte können als flüchtig und veränderlich betrachtet werden. Es gibt bereits bekannte Objekte, die wir genauer untersuchen können, oder seltene Objekte. Dazu gehören beispielsweise Supernova-Explosionen, Kilonovae oder Verschmelzungen sehr dichter stellarer Objekte wie Schwarze Löcher und Neutronensterne. Ein weiteres Beispiel sind Sterne in der Entstehungsphase. Das erste von Vera Rubin aufgenommene und verbreitete Bild zeigt eine Sternentstehungsregion, in der die Sternentstehungszeit in verschiedenen Zeiträumen variieren kann – von Minuten über Tage bis hin zu Monaten oder der gesamten Dauer der Untersuchung von zehn Jahren. Ändert sich ein astrophysikalisches Objekt in seiner Position oder auch nur in seiner Helligkeit, erfasst Rubin dies innerhalb kürzester Zeit.

Wie wird er das machen?

Der Rubin Lsst ist der größte digitale Sensor, der je gebaut wurde, und sein Objektiv ist ebenfalls umfangreich: Es hat bereits einen Eintrag im Guinness-Buch der Rekorde. Die 3.200-Megapixel-Kamera hat die Größe eines Kleinwagens. Das Sichtfeld ist enorm und entspricht etwa 45 Vollmonden am Himmel. Um ein einziges Bild darzustellen, bräuchte man 400 HD-Fernseher. Jede Nacht werden wir 23 Terabyte an Daten haben – eine neue Ära beginnt.

Das Teleskop ist der Astrophysikerin Vera Rubin gewidmet, deren Studien zur Hypothese der Existenz dunkler Materie zur Erklärung des Verhaltens von Galaxien führten.

Das große Sichtfeld und die Fähigkeit, schwache und weit entfernte Objekte zu beobachten, ermöglichen es, Galaxien zu beobachten und so Fragen zu beantworten, wie dunkle Materie ihre Entwicklung beeinflusst. Und wie Energie dazu führen kann, dass sich Galaxien voneinander entfernen. Mithilfe spezifischer Messungen können diese Theorien überprüft und mögliche alternative Erklärungen entwickelt werden.

Vera Rubin wird nicht nur den fernen Kosmos beobachten. Was werden wir in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, erforschen?

Innerhalb der Milchstraße können wir beispielsweise die Regionen der Sternentstehung untersuchen und so die physikalischen Mechanismen erforschen, die zur Geburt von Sternen führen. Es wird möglich sein, die Sterne im Moment ihrer Entstehung zu erfassen, um die physikalischen Prozesse, die dabei ablaufen, noch besser zu verstehen. Rubin wird ein ideales Labor sein.

Und in unserem Sonnensystem?

Viele neue Objekte werden sichtbar. Rubin eignet sich hervorragend für die Erfassung unseres Sonnensystems und wird uns Millionen neuer Asteroiden und Kometen zeigen.

Was sagen uns die ersten veröffentlichten Bilder?

Es gibt ein Bild des Trifid- und des Lagunennebels. Es handelt sich um Sternentstehungsgebiete. Das Bild besteht aus über 600 Einzelbildern, die nach etwas mehr als sieben Stunden Belichtungszeit entstanden sind. Die Auflösung ist wirklich außergewöhnlich. Man erkennt Details wie Filamente, die bisher zu schwach waren, um sie zu beobachten. Es ist wunderschön. Außerdem gibt es den Virgo-Haufen, Spiralgalaxien, verschmelzende Galaxien, viele Galaxien im Hintergrund und Sterne unserer Galaxie.

Stimmt es, dass das neue Teleskop auch eine Art Wächter sein wird?

Wenn sich etwas ändert, wird eine Warnung an die Welt gesendet. Dadurch können wir eine ganze Kette sogenannter Beobachtungsnachverfolgungen in Gang setzen und mit anderen Instrumenten die physikalischen Prozesse aus allen Blickwinkeln charakterisieren.

Was passiert, wenn ein Alarm ausgelöst wird?

Wenn ein Bild aufgenommen wird, das einen Unterschied aufweist, beispielsweise bei Supernovas oder sich bewegenden Objekten wie Asteroiden, jungen Sternen, die ihre Helligkeit durch Eruptionen stark erhöht haben, oder veränderlichen Sternen, wird innerhalb von 60 Sekunden eine Warnung an die ganze Welt gesendet. Bei 20 Terabyte sprechen wir von 10 Millionen Warnungen pro Nacht. Wenn eine dieser Warnungen für eine bestimmte wissenschaftliche Gemeinschaft, eine Arbeitsgruppe, von Interesse ist, werden sie über sogenannte Broker verteilt.

So können andere Wissenschaftler ihre Teleskope ausrichten und untersuchen, was Vera Rubin ihnen zeigt.

Geschwindigkeit ist eine entscheidende Stärke. Ich denke zum Beispiel an Felder wie Kilonovae, bei denen die Nachverfolgung schnell erfolgen muss, um den Höhepunkt der Objektvariation nicht zu verpassen, insbesondere wenn es sich um sogenannte „seltene Transienten“ handelt.

Welche Rolle spielt Italien in diesem Programm?

Neben dem Observatorium, dem Rubin-Projekt, das von Amerikanern in Chile gebaut wurde, gibt es noch zwei weitere sehr wichtige Teile: zum einen die Lsst Discovery Alliance, eine internationale Organisation aller Mitgliedsinstitute weltweit, für Italien das Inaf. Und dann die wissenschaftlichen Kooperationen, Organisationen von Wissenschaftlergemeinschaften weltweit, die sich mit der Optimierung der Beobachtungsstrategie befassen, um ein Teleskop mit diesen Möglichkeiten auszuschöpfen; wir nennen es In-Kind-Projekte, um Zugang zu den Daten zu erhalten im Austausch für unsere Fähigkeiten bei der Entwicklung von Software zur Datenanalyse oder die Nutzung von Inaf-Teleskopen oder internationalen Datenzentren. Dem Inaf kommt dabei eine wichtige Rolle zu, insbesondere Massimo Brescia von der Universität Neapel und Claudia Raiteri vom Turiner Observatorium, die die Beiträge der Inaf-Forscher verwalten.

Von diesem Teleskop werden große Erwartungen ausgehen.

Meiner Meinung nach ist es eine großartige Investition für die neuen Generationen. Ich habe vor Jahren in Ruby investiert, als ich noch unsicher war. Ein internationales Projekt wie dieses ist eine echte Gemeinschaftsleistung mit interdisziplinären Techniken. Es wird uns ermöglichen, unser Universum noch besser zu verstehen und Fragen zu beantworten, von denen wir noch nicht wissen, dass wir sie uns stellen sollten. Und es wird eine große Inspiration für Studierende sein, die sich jetzt für eine wissenschaftliche Laufbahn entscheiden.