Wir wissen erstaunlich viel über das Universum. Gleichzeitig besteht der größte Teil davon aus Dingen, die bislang niemand direkt erklären kann. Dunkle Materie ist unsichtbar, Dunkle Energie noch rätselhafter und selbst die Frage, warum sich das Universum immer schneller ausdehnt, ist nicht abschließend beantwortet.

Das Nancy Grace Roman Space Telescope soll genau an diesen Punkten ansetzen. Dabei könnte seine größte Leistung nicht darin bestehen, ein einzelnes spektakuläres Objekt zu entdecken. Roman soll vielmehr so viele Galaxien und kosmische Strukturen gleichzeitig untersuchen, dass Astronomen das Universum erstmals in einem bisher unerreichten Maßstab vermessen können.

Und genau dadurch könnte sich unser Bild vom Kosmos verändern.

Warum dehnt sich das Universum immer schneller aus?

Lange gingen Astronomen davon aus, dass die Schwerkraft die Expansion des Universums mit der Zeit abbremsen müsste. Ende der 1990er Jahre zeigten Beobachtungen weit entfernter Supernovae jedoch etwas Überraschendes: Die Expansion wird offenbar schneller.

Für die Ursache gibt es bislang keine gesicherte Erklärung.

Die Bezeichnung Dunkle Energie beschreibt deshalb weniger eine bekannte Substanz als vielmehr ein ungelöstes Problem. Nach dem heute verwendeten kosmologischen Modell macht Dunkle Energie rund zwei Drittel des gesamten Energie- und Materieinhalts des Universums aus.

Roman soll untersuchen, wie schnell sich das Universum zu unterschiedlichen Zeiten seiner Geschichte ausgedehnt hat. Dazu wird das Teleskop unter anderem die Entfernungen und Verteilung gewaltiger Mengen von Galaxien erfassen.

Aus diesen Daten können Wissenschaftler rekonstruieren, wie sich die kosmische Expansion über Milliarden Jahre verändert hat.

Vielleicht ist Dunkle Energie gar nicht die richtige Erklärung

Besonders spannend ist, dass Roman nicht einfach bestätigen soll, was Astronomen ohnehin schon vermuten.

Eine andere Möglichkeit wäre nämlich, dass unser Verständnis der Schwerkraft auf den größten kosmischen Entfernungen unvollständig ist.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Gravitation außerordentlich erfolgreich. Trotzdem ist nicht ausgeschlossen, dass sich ihre Wirkung über gigantische Entfernungen anders bemerkbar macht, als bislang angenommen.

Roman soll verschiedene Beobachtungsmethoden miteinander kombinieren. Stimmen deren Ergebnisse überein, könnte das bestehende Modell der Dunklen Energie gestärkt werden. Treten dagegen unerwartete Abweichungen auf, könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass grundlegende Annahmen der modernen Kosmologie überprüft werden müssen.

Roman sucht damit nicht nur nach unbekannten Objekten. Das Teleskop überprüft gewissermaßen auch einige der Regeln, nach denen wir den Kosmos bislang erklären.

Eine Karte der unsichtbaren Materie

Ein weiteres Rätsel ist die Dunkle Materie.

Sie sendet kein Licht aus und kann deshalb mit einem Teleskop nicht direkt fotografiert werden. Trotzdem wissen Astronomen, dass sie vorhanden sein muss. Ihre Schwerkraft beeinflusst beispielsweise die Bewegung von Galaxien und die Ausbreitung von Licht.

Roman soll diesen Effekt nutzen.

Masse kann das Licht weit entfernter Galaxien geringfügig verzerren. Astronomen sprechen dabei vom schwachen Gravitationslinseneffekt. Werden die Formen von Millionen Galaxien sehr genau vermessen, lässt sich daraus rekonstruieren, wo sich zwischen ihnen große Mengen unsichtbarer Materie befinden.

Auf diese Weise soll eine riesige dreidimensionale Karte der Materieverteilung entstehen.

Sie könnte zeigen, wie Dunkle Materie das sogenannte kosmische Netz mitgeformt hat. Dieses Netz besteht aus gewaltigen Strukturen aus Galaxien und Galaxienhaufen, zwischen denen sich riesige nahezu leere Räume befinden.

Roman beobachtet das Universum im Wandel

Roman soll den Himmel nicht nur einmal aufnehmen. Bestimmte Regionen werden wiederholt beobachtet.

Dadurch entsteht etwas, das bei einer einzelnen Aufnahme nicht möglich ist: Astronomen können Veränderungen verfolgen.

Sterne explodieren. Schwarze Löcher verändern ihre Helligkeit. Galaxienkerne werden aktiv. Objekte bewegen sich, verschwinden oder tauchen plötzlich auf.

Bei einem Teleskop, das große Himmelsflächen regelmäßig beobachtet, können solche Ereignisse systematisch entdeckt werden.

Damit wird das Universum nicht mehr nur als statisches Bild untersucht, sondern als ein Ort, der sich ständig verändert.

Die vielleicht wichtigsten Entdeckungen stehen in keinem Missionsplan

Bei großen astronomischen Projekten gibt es noch einen weiteren Faktor: Wissenschaftler wissen vorher nicht, was sie finden werden.

Viele bedeutende astronomische Entdeckungen waren keine geplanten Ergebnisse eines bestimmten Experiments. Neue Instrumente öffnen häufig Beobachtungsbereiche, in denen plötzlich Dinge sichtbar werden, nach denen ursprünglich niemand gesucht hatte.

Roman wird während seiner Mission enorme Datenmengen über Milliarden kosmischer Objekte sammeln.

In diesen Daten könnten ungewöhnliche Galaxien, bislang unbekannte Klassen von Objekten oder seltene Ereignisse verborgen sein, deren Bedeutung heute noch niemand abschätzen kann.

Vielleicht bestätigt Roman das derzeitige Bild des Universums in beeindruckender Genauigkeit.

Vielleicht zeigt das Teleskop aber auch, dass an entscheidenden Stellen etwas nicht zusammenpasst.

Und genau darin liegt seine wissenschaftliche Bedeutung. Roman soll nicht einfach nur mehr vom Universum zeigen. Die Mission könnte überprüfen, ob unsere bisherigen Vorstellungen davon, woraus der Kosmos besteht, wie er sich entwickelt und welche Kräfte seine Zukunft bestimmen, tatsächlich richtig sind.

Quellen
▪︎ NASA Science – Nancy Grace Roman Space Telescope
▪︎ NASA Science – High-Latitude Wide-Area Survey
▪︎ NASA – Core Survey by NASA’s Roman Mission Will Unveil Universe’s Dark Side
▪︎ NASA Science – Why the Roman Space Telescope?
▪︎ NASA Science – Frequently Asked Questions