Max-Planck-Institute wirken bei den nächsten Großmissionen der ESA mit

28. November 2013

Bei seiner heutigen Sitzung in Paris hat sich das wissenschaftliche Programmkomitee der europäischen Weltraumorganisation ESA für zwei Themen entschieden, an denen die Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik und für Gravitationsphysik maßgeblich beteiligt sind: „Das heiße und energiereiche Universum“ sowie „Das gravitative Universum“ mit den Projekten Athena und eLISA.

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Späher am Röntgenhimmel: Athena könnte die entscheidenden Antworten auf die Fragen liefern: Wie bildeten sich die großräumigen Strukturen aus gewöhnlicher Materie, die wir heute sehen? Wie wachsen schwarze Löcher und wie beeinflussen sie das Universum?

Wie bildeten sich die großräumigen Strukturen aus gewöhnlicher Materie, die wir heute sehen? Wie sind schwarze Löcher gewachsen und wie prägten sie das Universum? Diese Fragen gehören zu den wichtigsten offenen Problemstellungen der modernen Astrophysik, und die nächste große ESA-Mission könnte die nötigen Antworten liefern.

„Wir freuen uns sehr, dass die ESA das heiße und energiereiche Universum als eines seiner Hauptziele ausgewählt hat“, sagt Kirpal Nandra, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Nandra leitet eine internationale Kollaboration, die das Thema vorgeschlagen hat. „Unsere Arbeit ist damit aber noch längst nicht getan. Jetzt müssen wir daran arbeiten, ein Röntgenteleskop zu definieren, das uns die gewünschten Antworten liefern kann.“

Gewöhnliche Materie liegt im Universum größtenteils als heißes Gas vor. Dieses ist etwa für die Galaxienhaufen ursächlich, die größten zusammenhängenden Strukturen, die wir heute kennen. Bei Temperaturen von mehr als zehn Millionen Grad emittiert das Gas besonders hell im Röntgenbereich. Deshalb ist ein Röntgenobservatorium im Weltraum mit hoher Empfindlichkeit, guter spektraler Auflösung und einem großen Sichtfeld der Schlüssel dazu, die Entstehung und Entwicklung dieser Strukturen zu verstehen.

Zu diesem Zweck wurde das Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics (Athena) konzipiert. Mit einem derartigen Teleskop könnten Astronomen spektroskopische Beobachtungen von weit entfernten Galaxien erhalten und die physikalischen Parameter der größten gebundenen Objekte vermessen. Diese Informationen würden unser Verständnis davon, wie sich die Strukturen aus heißem Gas in der Kinderstube des Universums bildeten, einen großen Schritt voranbringen.

Nachdem das Wissenschaftsthema von der ESA jetzt festgelegt wurde, folgt als nächster Schritt die Suche nach einem Röntgenobservatorium, das diese Ziele erreichen kann. Da das Team von Athena dieses Thema vorgeschlagen hatte und bereits die erforderlichen Technologien vorweisen kann, sind die Wissenschaftler zuversichtlich, dass ihre Mission das Rennen machen wird.

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Ohr ins All: Die geplante Mission eLISA soll nach Gravitationswellen lauschen. Sie wird aus drei Satelliten im Abstand von Millionen Kilometern bestehen. Mittels Laserlicht werden die Forscher winzige Abstandsänderungen messen, die vorbeirauschende Gravitationswellen erzeugen.

Sobald ein Missionskonzept ausgewählt wird, sollte die Technologieentwicklung in einem Zeitraum von drei bis vier Jahren konsolidiert werden. Anschließend dürfte es weitere zehn Jahre dauern, um das Observatorium fertig zu stellen. Von 2028 an könnte Athena dann das heiße und energiereiche Universum mit bisher unerreichter Genauigkeit durchleuchten und eine Antwort auf die grundlegende Frage finden, warum unser All so aussieht, wie wir es heute beobachten.

Als zweites Missionskonzept hat die Europäische Raumfahrtagentur ESA „Das gravitative Universum“ festgelegt. Als Mission wurde eLISA vorgeschlagen. Diese evolved Laser Interferometer Space Antenna unterscheidet sich von jedem anderen Weltraumobservatorium, denn die Mission soll das All in einer neuen und einzigartigen Weise erforschen: eLISA wird Gravitationswellen messen und damit energiereiche Vorgänge im gesamten All hören können.

Mit der weltraumgestützten Beobachtung von Gravitationswellen werden sich grundlegende astrophysikalische Fragen zur Entwicklung des Universums unmittelbar nach dem Urknall sowie zur Physik und Entwicklung in späteren Stadien beantworten lassen. eLISA soll als dritte große L-Class-Mission nach Juice und Athena ins All starten.

„Wir sind sehr glücklich über diese Entscheidung. Sie bietet uns revolutionäre Forschungsmöglichkeiten“, sagt Karsten Danzmann, nominierter Sprecher der eLISA Mission, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut / AEI) und Professor an der Leibniz Universität Hannover. Man werde sofort beginnen, die bereits für eLISA entwickelten Technologien weiter zu optimieren. „Schon im Jahr 2015 werden wir diese Schlüsseltechnologien während der ESA-Mission Lisa Pathfinder im Weltraum testen“, so Danzmann.

Die Beobachtung von Gravitationswellen wird weitreichende Erkenntnisse liefern die helfen, die Allgemeine Relativitätstheorie besser zu verstehen. Albert Einstein hatte die Existenz von Gravitationswellen 1916 erstmals vorausgesagt. Mit einem Gravitationswellen-Observatorium im Weltraum werden die Wissenschaftler nun auch das für andere astronomische Methoden unzugängliche frühe Universum beobachten.

Dabei werden sie Gravitationswellen hören, die von frühen schwarzen Löchern, Tausenden Doppelsternsystemen und vielleicht sogar dem Urknall selbst stammen. Sogar die rätselhafte Dunkle Energie könnte eLISA untersuchen.

Die vorgeschlagene Mission wird die bestehenden und geplanten erdgebundenen Gravitationswellen-Observatorien ergänzen. Diese Detektoren suchen nach winzigen Kräuselungen in der Struktur der Raumzeit, verursacht von den kraftvollsten kosmischen Ereignissen im All, etwa verschmelzenden schwarzen Löchern. Gravitationswellen transportieren Informationen über ihren Ursprung und über die Natur der Gravitation, die sich nicht mit anderen astronomischen Beobachtungsmethoden erfassen lassen.

HAE / HOR / KNI

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