Euclid legt das Fundament für seine bisher beste 3D-Karte des Universums
Deutschlands zentraler Beitrag bei der Erforschung des dunklen Universums
Abell 3128 beherbergt, wie hier zu sehen ist, eine Vielzahl von Galaxien, darunter Spiralgalaxien und verschwommene elliptische Galaxien. Direkt in der Bildmitte ist ein wunderbares Himmelsobjekt zu erkennen: eine starke Gravitationslinse, bei der das Licht einer weiter entfernten Galaxie durch ein massereiches Objekt im Vordergrund abgelenkt wurde, wodurch wunderschöne blaue Bögen und langgestreckte Formen am Himmel entstanden sind.
Auf den Punkt gebracht
- Euclid-Mission, 3D-Karte: Das Euclid-Konsortium und die ESA haben die erste große Datenfreigabe veröffentlicht. Sie basiert auf Licht von über einer Milliarde Objekten und bildet die bislang größte dreidimensionale Karte des Universums – mit Fokus auf Dunkle Energie, Dunkle Materie und kosmische Strukturen.
- Deutsche Beiträge: Deutsche Forschungseinrichtungen, darunter mehrere Max-Planck-Institute und die Ludwig-Maximilians-Universität München, lieferten zentrale optische Komponenten und entscheidende Module für die Datenverarbeitung.
- Datenumfang: Die Freigabe umfasst 13 Monate Beobachtungen und enthält über 900 Millionen Galaxien, 15.000 Kandidaten für starke Gravitationslinsen sowie 60 Millionen Quasar-Kandidaten – ein Fundus für bisher unerreichte kosmologische Studien.
- Einzigartige Erkenntnisse: Euclid liefert den bisher umfangreichsten Katalog starker Gravitationslinsen und detaillierte Daten zu Galaxienhaufen – Schlüsselobjekte für die Erforschung der Dunklen Materie und der Strukturbildung im Universum.
Das Euclid-Konsortium und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) haben den ersten umfangreichen Datensatz des Weltraumteleskops Euclid veröffentlicht. Diese Veröffentlichung, die auf dem Licht von mehr als einer Milliarde Objekten fußt und einen Himmelsbereich abdeckt, der 9500 Vollmonden entspricht, legt die Grundlage für die bisher größte 3D-Karte des Kosmos, erstellt von Europas Detektiv des dunklen Universums. Mehrere deutsche Forschungseinrichtungen spielen eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Euclid-Mission.
Die neue Datenveröffentlichung mit dem Namen DR1 Foundation umfasst rund 13 Monate Beobachtungen und markiert die erste große Datenveröffentlichung der Mission seit dem Start des Weltraumteleskops Mitte 2023. Erstmals liefert sie Forschenden die Puzzleteile, die nötig sind, um mit dem Aufbau einer detaillierten 3D-Karte des Kosmos zu beginnen – entscheidend für die Lösung der vielen Rätsel des dunklen Universums (einschließlich Dunkler Energie, Dunkler Materie und des kosmischen Netzes aus Galaxien und Galaxienhaufen).
Die Daten werden von Spektren und Bildern begleitet, darunter große Himmelsmosaike. „Das sind weit mehr als nur schöne Bilder; heute markieren wir einen wissenschaftlichen Meilenstein in unserer Erforschung des Kosmos“, sagt Prof. Carole Mundell, Wissenschaftliche Direktorin bei der ESA. Diese beispiellose Sammlung optischer und nahinfraroter Beobachtungen stellt die bisher größte Himmelskarte ihrer Art dar, die jemals aus dem Weltraum erstellt wurde.
Neue Wissenschaft und Entdeckungen
Die heutige Veröffentlichung ist die erste, die Euclids Fähigkeiten als Himmelsdurchmusterer unter Beweis stellt. Ihre Breite, die panoramischen Mosaike und die große Himmelsabdeckung im sichtbaren und nahinfraroten Licht ermöglichen vielfältige neue wissenschaftliche Erkenntnisse. Nach der Analyse von rund 10.000 Bildern offenbart DR1 Foundation beispiellose Zahlen kosmischer Objekte, darunter:
- Über 900 Millionen Galaxien
- Rund 15.000 Kandidaten für starke Gravitationslinsen
- Über 60 Millionen Quasar-Kandidaten, die hellen Kerne ferner Galaxien
- Spektren von mehr als 160 Millionen Quellen
- Ergebnisse der Euclid-Weitfeld-Durchmusterung (Euclid Wide Survey) von 1900 Quadratgrad Himmel – rund 14 Prozent der für die sechsjährige Mission geplanten Himmelsfläche
- 1,7 Millionen GB an Daten
„Das ist ein Sprung in eine neue Größenordnung gegenüber den früheren Euclid-Veröffentlichungen, die nur wenige Beobachtungstage über rund 60 Quadratgrad umfassten“, sagt Valeria Pettorino, Euclid-Projektwissenschaftlerin bei der ESA. „Wir veröffentlichen jetzt Daten aus mehr als einem Jahr, die eine deutlich größere Fläche abdecken. Das ermöglicht bahnbrechende Wissenschaft.“
Daten „Made in Germany“
Messier 81 ist eine „Grand-Design“-Spiralgalaxie: Sie besitzt ein helles Zentrum und klar ausgeprägte, gas- und staubreiche Spiralarme. Ihre gewaltige Gravitation beeinflusst die Nachbargalaxien, darunter NGC 3077. Sie löst dort heftige Sternentstehung aus und verändert im Laufe der Zeit deren Gestalt. Die Galaxiengruppe Messier 81 liegt etwa 12 Millionen Lichtjahre von uns entfernt.
Das Bild erfasst einen Himmelsbereich, der fünfmal so groß ist wie der Vollmond, und Euclid benötigte für die Aufnahme etwas mehr als eine Stunde.
Die Bilder wurden mit den Instrumenten VIS (der 600-Megapixel-Kamera für sichtbares Licht) und NISP (Nahinfrarot-Spektrometer und Photometer) von Euclid aufgenommen, für die das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching bei München kritische optische Komponenten beigesteuert haben. Die Daten werden an verschiedenen Standorten zu wissenschaftlich nutzbaren Daten verarbeitet, darunter im Deutschen Wissenschaftsdatenzentrum (SDC-DE), das vom MPE betrieben wird. Forschende an mehr als 300 Standorten in Deutschland und im Ausland, darunter Max-Planck-Institute und die Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München, analysieren sie, und mehr als 2.500 Forschende nutzen die Daten.
„Das ist auch möglich, weil die hier in München mit den innovativsten Methoden gefertigte Optik für Bilder von herausragender Qualität sorgt. Mehr als 15 Jahre Vorbereitungsarbeit bis zum Start und über drei Jahre im Orbit zahlen sich jetzt mit Ergebnissen aus, die bahnbrechend sind“, sagt Frank Grupp (LMU/MPE), deutscher Euclid-Projektleiter und optischer Architekt der Mission.
Allerdings müssen diese Daten noch um instrumentelle Effekte korrigiert und in physikalische Größen umgerechnet werden. Forschende des MPIA, vor allem Mischa Schirmer und Kerry Paterson, koordinieren und organisieren diesen Prozess, die sogenannte Kalibrierung. „Diese Aufgabe reicht vom Entwurf und der Planung der erforderlichen Kalibrierungsbeobachtungen über die Charakterisierung der Eigenschaften des Teleskops und seiner Instrumente bis zur Analyse, ob sich diese Eigenschaften im Laufe der Zeit ändern“, sagt Mischa Schirmer.
„Ich freue mich und bin begeistert, dass wir jetzt einen weiteren Schritt machen können, um zu verstehen, warum sich die Expansion des Universums beschleunigt – ein Rätsel, das die Physik seit fast dreißig Jahren beschäftigt“, sagt Jochen Weller (LMU). „Nach so vielen Jahren der Vorbereitung ist es eine wahre Freude zu sehen, dass die Daten jetzt verfügbar werden und die nächste Etappe unserer Reise beginnt.“
Euclids erster großer Meilenstein
Insgesamt markiert die Veröffentlichung der DR1-Foundation-Daten den ersten bedeutenden Meilenstein der Euclid-Mission – viele Jahre nach ihrer Konzeption. Aus Deutschland sind Ralf Bender (LMU/MPE), Hans-Walter Rix (MPIA) und Peter Schneider (Universität Bonn) Gründungsmitglieder des Euclid-Projekts und waren maßgeblich an dessen Entstehung beteiligt. Ohne sie stünde die Mission heute nicht da, wo sie ist. Ralf Bender und Hans-Walter Rix vertreten Deutschland zudem im Vorstand des Euclid-Konsortiums, während Peter Schneider den Vorsitz des Editorial Boards innehat und eine Schlüsselrolle bei der Organisation des Peer-Review-Verfahrens für alle Publikationen innerhalb des Euclid-Konsortiums spielt.
Bereits mit dieser Datenveröffentlichung stellt Euclid den bisher größten weltraumbasierten Bilddatensatz bereit, der der Astronomie derzeit und auf absehbare Zeit zur Verfügung steht. Die Verarbeitung dieser gewaltigen Datenmengen stellt die beteiligten Rechenzentren vor immense Herausforderungen, die durch die derzeit knappe Verfügbarkeit neuer Hardware noch verstärkt werden. Hinzu kommen die außergewöhnlich hohen Anforderungen an die photometrische Präzision – also die Genauigkeit, mit der die Helligkeit astronomischer Objekte bestimmt wird.
„Umso spannender ist es zu sehen, wie die in unserem Team über die Jahre entwickelten Datenverarbeitungspipelines jetzt zusammenspielen und wissenschaftliche Ergebnisse liefern“, sagt Maximilian Fabricius (LMU/MPE), Leiter des Deutschen Euclid-Datenzentrums. Astronominnen und Astronomen bezeichnen mit „Pipelines“ die wissenschaftliche Software, die aus den Rohdaten Schritt für Schritt immer weiter verfeinerte Ergebnisse erzeugt. Diese Pipelines basieren auf Software und Algorithmen, die an der LMU entwickelt wurden und nun in Rechenzentren in ganz Europa und den USA laufen.
Eine Maschine zur Entdeckung seltener Objekte
Die neue Veröffentlichung offenbart eine beispiellose Anzahl starker Gravitationslinsen. Diese entstehen, wenn das Licht von fernen Galaxien auf dem Weg zu uns durch eine Vordergrundgalaxie stark verzerrt wird. Da ihre Helligkeit im Laufe der Zeit schwankt, können mehrere Bilder derselben Hintergrundgalaxie dazu dienen, die Expansion des Universums zu messen. Außerdem sind sie empfindliche Sonden für Dunkle Materie.
Im Weltraum, oberhalb der bildverzerrenden und lichtdämpfenden Erdatmosphäre, kann Euclid tiefe und weite Himmelsdurchmusterungen durchführen, was bodengebundene Teleskope nicht können. Dadurch liefert diese Datenveröffentlichung weitaus mehr kosmische Objekte als jede vorherige Durchmusterung und verschiebt die Grenzen der Entdeckung bei seltenen und fernen Objekten. Dazu gehören starke Gravitationslinsen und Galaxienhaufen.
Die von Euclid gesuchten starken Gravitationslinsen sind äußerst selten und entstehen, wenn das Licht, das von fernen Galaxien zu uns reist, durch eine Vordergrundgalaxie erheblich verzerrt wird. Diese Veröffentlichung enthält den bisher größten Katalog starker Linsen – größer als alle bisherigen Kataloge zusammen. Diese Phänomene ermöglichen es Forschenden, einzelne Galaxien zu „wiegen“, einschließlich ihrer unsichtbaren Dunklen Materie, und zu untersuchen, wie sich das Universum ausdehnt.
Galaxienhaufen zeigen, wie sich Materie zusammenballt und wie kosmische Strukturen im Universum wachsen. „Euclid blickt nicht nur weit in die Vergangenheit zurück – sondern tut dies über riesige Himmelsbereiche hinweg“, ergänzt Barbara Sartoris vom JL-Lagrange-Labor in Nizza, Frankreich, die zuvor an Euclid-Daten an der LMU und am MPE gearbeitet hat. „Das gibt uns einen beispiellosen Einblick in große Stichproben alter Galaxienhaufen, die bisher unerreichbar waren. Wir werden diese in den kommenden Monaten untersuchen, um zu erfahren, wie diese Giganten gewachsen sind, und um zu entschlüsseln, was sie über das dunkle Universum verraten.“
Zusätzliche bodengebundene Daten zu den in der DR1-Veröffentlichung abgedeckten Feldern, deren Vorbereitung von Forschenden der LMU geleitet wurde, helfen dabei, Euclids Beobachtungen im Kontext der Kosmologie und der Forschung zur kosmischen Struktur zu interpretieren.
Erst der Anfang
Mit dieser Veröffentlichung beginnt Euclid, den dunklen Kosmos zu enthüllen. Forschende können den Datensatz auswerten, um die Entfernungen einzelner Galaxien zu bestimmen, sie in die 3D-Struktur des Universums einzuordnen und mit dem gewaltigen, unsichtbaren kosmischen Netz zu verknüpfen. Euclid erreicht diese Entfernungsmessungen und Kartierungen durch Spektroskopie, indem es das Licht der Galaxien in „Regenbögen“ zerlegt, die die Entfernung der Galaxien ergeben – bei besonders hellen Galaxien liefert das auch Hinweise auf deren Ursprung und Zusammensetzung.
„Euclids Daten haben das Potenzial, ein völlig neues Kapitel in der beobachtenden Astronomie zu schreiben“, sagt Martin Kümmel (LMU). „Unsere Bilder im optischen und nahinfraroten Bereich, kombiniert mit den photometrischen Rotverschiebungen, werden die Grundlage für eine Vielzahl spannender Ergebnisse bilden.“
Der Datensatz ist zwar gewaltig, deckt aber nur rund 14 Prozent der Himmelsfläche ab, die Euclid insgesamt erfassen wird. Die vollständige Datenveröffentlichung 1 (Data Release 1), geplant für Mitte 2027, knüpft an die heutige Veröffentlichung an und erweitert sie um weitere wichtige Erkenntnisse: Daten zum schwachen Gravitationslinseneffekt als Ergänzung zum starken Linseneffekt sowie Berechnungen dazu, wie sich Galaxien und Galaxienhaufen in das kosmische Netz einfügen.
Hintergrundinformationen
Euclid bildet Milliarden von Galaxien im Universum ab und misst die Entfernungen zu Millionen davon. Es untersucht Dunkle Energie und Dunkle Materie und zeichnet die letzten 10 Milliarden Jahre kosmischer Geschichte nach.
Die Mission startete im Juli 2023 und begann am 14. Februar 2024 mit routinemäßigen wissenschaftlichen Beobachtungen. Im November 2023 und Mai 2024 sah die Welt die ersten Einblicke in die Qualität von Euclids Bildern, und im Oktober 2024 wurde das erste Stück seiner großen Karte des Universums veröffentlicht. Euclid folgte mit einem vorläufigen Datensatz der Durchmusterung im März 2025 und Juni 2026. Dieser neue Datensatz umfasst die erste substantielle Datenveröffentlichung der Mission in Form von DR1 Foundation – eine Veröffentlichung mit rund 1,7 Millionen GB an Daten, die den Rahmen für künftige Untersuchungen der großräumigen Struktur des Universums setzen wird. Die vollständige DR1-Veröffentlichung wird Mitte 2027 abgeschlossen sein, wobei der nachfolgende Teil von DR1 auch Daten zu Galaxienhaufen und schwachem Linseneffekt bringen wird.
Euclid ist eine europäische Mission, die von der ESA gebaut und betrieben wird, mit Beiträgen ihrer Mitgliedstaaten und der NASA. Das Euclid-Konsortium – bestehend aus mehr als 2000 Forschenden aus 300 Instituten in 15 europäischen Ländern, den USA, Kanada und Japan – ist verantwortlich für die Bereitstellung der wissenschaftlichen Instrumente und die Durchführung der wissenschaftlichen Datenanalyse. Die ESA wählte Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für den Satelliten und sein Servicemodul aus, während Airbus Defence and Space mit der Entwicklung des Nutzlastmoduls einschließlich des Teleskops beauftragt wurde. Die NASA stellte die Detektoren für das Nahinfrarot-Spektrometer und Photometer (NISP) bereit. Euclid ist eine Mittelklasse-Mission im Cosmic-Vision-Programm der ESA.
Aus Deutschland beteiligen sich am Euclid-Projekt das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, die Ludwig-Maximilians-Universität in München, die Universität Bonn, die Ruhr-Universität Bochum, die Universität Bielefeld sowie die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn.
Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR koordiniert die deutschen ESA-Beiträge und stellt 60 Millionen Euro aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm für die beteiligten deutschen Forschungseinrichtungen bereit. Mit rund 21 Prozent ist Deutschland der bedeutendste Beitragszahler zum ESA-Wissenschaftsprogramm.
Dieser Beitrag basiert auf einer ESA-Pressemitteilung, die zeitgleich veröffentlicht wurde. Zusätzliche Bilder sind über diese Veröffentlichung verfügbar. Um bereits vor dem Ablauf der Sperrfrist Zugriff auf die Bilder zu bekommen, können sich Medienschaffende hier registrieren.
Bei der Übersetzung einiger Passagen wurden in einem Zwischenschritt große Sprachmodelle eingesetzt, deren Ergebnisse der Autor anschließend redigiert hat.
MN