Euclid liefert Basis für größte 3D-Karte des Kosmos

Ein Kosmos, der sich nicht nur in Bildern, sondern auch in seiner zeitlichen Entwicklung erschließen soll: Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat Beobachtungsdaten aus 13 Monaten des Euclid-Einsatzes veröffentlicht. Sie sieht darin die Grundlage für eine besonders umfassende dreidimensionale Karte des Universums. Die Sonde war im Sommer 2023 gestartet; ihre Mission zielt darauf, die Entwicklung des Kosmos über die vergangenen zehn Milliarden Jahre zu untersuchen.

Euclid soll dafür Daten zu Milliarden Galaxien sammeln. Die geplante Karte wird nicht allein deren räumliche Verteilung erfassen, sondern auch eine zeitliche Komponente enthalten. So soll sich nachvollziehen lassen, wie sich das Universum im Laufe der untersuchten Zeit verändert hat.

Für die Erhebung kombiniert das Teleskop eine Kamera für sichtbares Licht mit einem Nahinfrarot-Instrument. Die Aufnahmen sollen sowohl die Formen von Galaxien dokumentieren als auch dabei helfen, ihre Entfernungen zu bestimmen. Diese Angaben sind entscheidend, wenn aus einzelnen Beobachtungen eine dreidimensionale Darstellung entstehen soll. Wichtige Teile des Nahinfrarot-Instruments steuerten das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg bei.

Mit Euclid verbindet die ESA zudem die Hoffnung, Dunkle Materie und Dunkle Energie besser zu erforschen. Galaxien und andere bekannte Bestandteile machen etwa fünf Prozent des Universums aus. Die Mission soll helfen, darüber hinausgehende Fragen zur kosmischen Entwicklung zu untersuchen. Der Umfang der ersten veröffentlichten Daten zeigt, welche Beobachtungsbasis dafür entsteht; welche Erkenntnisse sich daraus ergeben, muss die wissenschaftliche Auswertung erst zeigen.

Ein neuer Blick auf den Kosmos

Der Datensatz umfasst mehr als eine Milliarde erfasste Himmelsobjekte. Dazu zählen über 900 Millionen Galaxien und 60 Millionen mögliche aktive Galaxienkerne. Letztere sind als mögliche Objekte gekennzeichnet: Die Bezeichnung macht deutlich, dass es sich nicht in jedem Fall um eine abschließend bestätigte Einordnung handelt. Zusammen bilden die erfassten Objekte einen Katalog, der sehr unterschiedliche Erscheinungen am Himmel enthält.

Auch die Größe des beobachteten Ausschnitts lässt sich in zwei Maßstäben beschreiben. Zusammengenommen entspricht seine Fläche etwa 9500 Mondflächen. Zugleich deckt sie rund 14 Prozent des Bereichs ab, der für die gesamte Mission vorgesehen ist. Die Zahl markiert damit einen erheblichen Zwischenstand, aber auch eine Grenze: Der veröffentlichte Ausschnitt ist nur ein Teil der Fläche, die Euclid insgesamt untersuchen soll.

In den Beobachtungen finden sich neben Galaxien auch seltene und weit entfernte Objekte, darunter Galaxienhaufen und Gravitationslinsen. Bei einem Gravitationslinseneffekt kann die Masse eines Galaxienhaufens das Licht von Galaxien dahinter verzerren. Solche Verzerrungen sind für die Erforschung der Materieverteilung interessant, weil sie sichtbar machen, wie Masse das Licht beeinflusst. Die ESA ordnet den neuen Katalog als bislang größte Sammlung möglicher starker Gravitationslinsen ein. Auch hier weist das Wort „möglich“ auf den Charakter der Auswahl hin: Die Kandidaten sind nicht automatisch sämtlich als starke Linsen bestätigt.

Die Menge allein beantwortet noch nicht, wie sich das Universum entwickelt hat. Sie schafft jedoch Material, um Galaxien, ihre Entfernungen und besondere kosmische Strukturen systematisch zu untersuchen. Je mehr Beobachtungen hinzukommen, desto weiter kann Euclid die vorgesehene Karte vervollständigen. Für die Deutung bleibt entscheidend, was sich aus den erfassten Formen und Lichtverzerrungen zuverlässig ableiten lässt.

So arbeitet die Sonde

Euclid startete im Sommer 2023 ins All. Die europäische Raumfahrtbehörde ESA hat nun Beobachtungsdaten veröffentlicht, die auf 13 Monaten Arbeit beruhen. Für die Auswertung kombiniert das Teleskop zwei Instrumente: Eine Kamera nimmt Galaxien im sichtbaren Licht auf, ein weiteres Gerät arbeitet im Nahinfrarotbereich. Zusammen sollen sie zeigen, welche Formen Galaxien haben und wie weit sie entfernt sind. Diese Angaben sind wichtig, weil eine Karte des Kosmos nicht nur Himmelsobjekte verzeichnen, sondern sie auch räumlich einordnen soll.

Die Entfernungen lassen sich dabei nicht unmittelbar wie auf einer Landkarte ablesen. Euclids Instrumente liefern Beobachtungen, aus denen Forschende solche Werte bestimmen können. Werden die Galaxienformen mit den Entfernungsangaben verbunden, entsteht die Grundlage für eine dreidimensionale Darstellung. Hinzu kommt eine zeitliche Komponente: Die Mission soll Daten zu Milliarden Galaxien sammeln und damit untersuchen, wie sich das Universum über lange Zeiträume verändert hat. Die Beobachtungen werden so zu Bausteinen einer Karte, die Raum und Entwicklung miteinander verknüpft.

An der technischen Ausstattung waren auch deutsche Forschungseinrichtungen beteiligt. Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg steuerten wichtige Teile zum Nahinfrarot-Instrument bei. Ihre Beiträge betreffen damit eine zentrale Komponente der Beobachtung: Sie soll zusätzliche Informationen zu den Galaxien liefern und die Bestimmung ihrer Entfernungen unterstützen. Die Beteiligung zeigt, dass ein internationales Raumfahrtprojekt auf spezialisierte Arbeit aus verschiedenen Forschungsbereichen angewiesen ist.

Euclids Ergebnisse entstehen nicht allein durch die Menge der aufgenommenen Bilder. Entscheidend ist, dass die Instrumente unterschiedliche Beobachtungsbereiche erschließen und die gewonnenen Daten gemeinsam ausgewertet werden können. Erst daraus lässt sich eine systematische räumliche Einordnung vieler Galaxien entwickeln. Die Sonde liefert also keine fertige Erklärung für die Struktur des Universums, sondern Beobachtungsmaterial, mit dem Forschende diese Struktur genauer untersuchen können.

Spurensuche nach Dunkler Materie

Euclids Auftrag reicht über das Erfassen möglichst vieler Galaxien hinaus. Die Mission soll untersuchen, wie sich das Universum über die vergangenen zehn Milliarden Jahre entwickelt hat. Dafür sollen die Beobachtungsdaten nicht nur einzelne Himmelsobjekte beschreiben, sondern Galaxien in einer dreidimensionalen Karte räumlich und zeitlich einordnen. Aus diesem Zusammenhang erhoffen sich Forschende neue Erkenntnisse über Dunkle Materie und Dunkle Energie. Beides sind zentrale Ziele der Mission; die jetzt veröffentlichten Daten liefern dafür eine Grundlage, aber noch keine abschließenden Antworten.

Warum diese Suche bedeutsam ist, zeigt das Verhältnis zwischen dem Bekannten und dem Gesamtbild: Galaxien und andere vertraute Bestandteile machen etwa fünf Prozent des Universums aus. Euclid soll helfen, den größeren Zusammenhang zu untersuchen, indem die Sonde Daten zu Milliarden Galaxien sammelt. Die Auswertung ihrer Formen und Entfernungen kann sichtbar machen, wie kosmische Strukturen angeordnet sind und wie sie sich im Lauf der Zeit verändert haben. Damit geht es nicht nur um eine Bestandsaufnahme, sondern um die Entwicklung des Universums.

Auch seltene Strukturen können Hinweise liefern. Euclid kann weit entfernte Galaxienhaufen und Gravitationslinsen erfassen. Bei einer solchen Linse kann die Masse eines Galaxienhaufens das Licht dahinterliegender Galaxien verzerren. Die beobachtete Veränderung lässt sich daher nutzen, um kosmische Zusammenhänge zu untersuchen, die nicht allein aus einer einfachen Aufnahme hervorgehen. Die ESA bezeichnete den neuen Katalog als den bislang größten Katalog möglicher starker Gravitationslinsen. Das Wort „möglich“ ist dabei wichtig: Die Einordnung als Kandidat ist nicht gleichbedeutend mit einer abschließenden Bestätigung jedes einzelnen Objekts.

Der Erkenntnisgewinn hängt somit davon ab, wie zuverlässig die Beobachtungen interpretiert werden können. Eine Karte kann Strukturen und Beziehungen sichtbar machen, ersetzt aber nicht deren wissenschaftliche Deutung. Für die Forschung eröffnet Euclid einen systematischen Zugang zu diesen Fragen. Ob und wie sich daraus Aussagen über Dunkle Materie und Dunkle Energie ableiten lassen, wird sich erst durch die Analyse der Daten zeigen.

Gravitationslinsen als kosmische Hinweise

Zu den seltenen und weit entfernten Objekten, die Euclid in seinen Beobachtungen erfassen kann, gehören Galaxienhaufen und Gravitationslinsen. Befindet sich ein Galaxienhaufen zwischen der Erde und weiter entfernten Galaxien, kann seine Masse das Licht dieser Hintergrundgalaxien verzerren. Ihre Erscheinungsform am Himmel wird dadurch verändert.

Die Beobachtung allein beantwortet jedoch nicht automatisch, welche Strukturen dafür verantwortlich sind oder wie stark einzelne Effekte ausfallen. Dafür müssen Forschende die aufgenommenen Bilder auswerten und die möglichen Linsen von anderen Erscheinungen unterscheiden. Der Katalog umfasst deshalb mögliche starke Gravitationslinsen – die Einordnung als Kandidaten ist wichtig: Nicht jedes erfasste Objekt ist damit bereits abschließend als solche Linse bestätigt.

Die Europäische Raumfahrtbehörde ESA bezeichnet den neuen Katalog als den bislang größten seiner Art. Seine Größe erweitert die Grundlage, auf der Fachleute solche seltenen Konstellationen untersuchen können. Euclid verbindet dabei die Abbildung von Galaxienformen mit Beobachtungen, die auch bei der Bestimmung von Entfernungen helfen sollen. Damit lassen sich die erfassten Objekte in einen größeren Zusammenhang einordnen, ohne dass aus einem einzelnen Bild schon eine vollständige Erklärung folgt.

Gravitationslinsen können so zu einem Baustein bei der Untersuchung des Universums werden. Welche Schlüsse sich aus dem Katalog ziehen lassen, hängt allerdings davon ab, wie belastbar die Kandidaten bestätigt und interpretiert werden. Die Veröffentlichung markiert daher zunächst eine umfangreiche Beobachtungsbasis; die wissenschaftliche Aussagekraft entsteht erst durch ihre weitere Analyse.