Kosmos

Himmlische Halfpipe

Die fest montierten Antennen des CHIME-Teleskops ähneln Halfpipes. Astronomen nutzen die Drehung der Erde, um den Himmel abzuscannen. Mateus A. Fandiño

Die fest montierten Antennen des CHIME-Teleskops ähneln Halfpipes. Astronomen nutzen die Drehung der Erde, um den Himmel abzuscannen. Mateus A. Fandiño

Neues kanadisches Teleskop erforscht Jugendphase des Universums. Die Forschungsarbeiten sollen neue Erkenntnisse über die Expansions-Geschichte des Weltalls liefern.

Es ähnelt einer Reihe von Halfpipes und besteht zu einem Grossteil aus Bausteinen von der Stange: CHIME ist aber keineswegs die Bastelarbeit jugendlicher Technik-Freaks, sondern ein hochgradig spezialisiertes Radioteleskop für den Blick in die Jugendzeit des Kosmos vor sieben bis elf Milliarden Jahren.

Das «Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment» – was auf Deutsch so viel bedeutet wie «kanadisches Experiment zur Kartierung der Wasserstoff-Intensität» – macht das, was sein Name andeutet: Es misst die Intensität der Strahlung von neutralem Wasserstoff in fernen Galaxien und liefert so eine Karte der grossräumigen kosmischen Strukturen.

Das Ziel der CHIME-Forscher ist dabei hoch gesteckt: Sie hoffen auf neue Erkenntnisse über die Expansions-Geschichte des Universums und damit auch über die rätselhafte Dunkle Energie, die diese Expansion beschleunigt.

Widerlegung der Theorie

Die kosmische Geschichte begann vor 13,8 Milliarden Jahren mit dem Urknall – seitdem dehnt sich das Weltall aus. Die Schwerkraft der Materie sollte, so die Theorie, die kosmische Expansion abbremsen.

Doch in den 1990er-Jahren stiessen Astronomen bei der Beobachtung ferner Supernovae, explodierender Sterne also, auf ein seltsames Phänomen: Die Expansion scheint sich keineswegs zu verlangsamen, sondern im Gegenteil sogar zu beschleunigen.

Aus Mangel an einer handfesten Erklärung schreiben die Forscher diese beschleunigte Expansion einer mysteriösen Dunklen Energie zu, die den gesamten Weltraum erfüllt.

Worum aber handelt es sich dabei? Die Physiker tappen im sprichwörtlichen Dunkeln, auch wenn es eine ganze Reihe miteinander konkurrierender theoretischer Lösungsansätze gibt.

Weitere Aufschlüsse über die Dunkle Energie könnte ihr zeitliches Verhalten geben – war sie im Verlauf der kosmischen Geschichte immer gleich gross oder hat sie sich in ihrer Stärke verändert? Bedauerlicherweise liefern die bisherigen Beobachtungen darüber keine zuverlässigen Informationen.

Die Supernova-Messungen zeigen einerseits, dass sich die Expansion seit sechs Milliarden Jahren durch die Dunkle Energie beschleunigt. Beobachtungen von Quasaren, leuchtkräftigen Galaxien-Kernen im jungen Kosmos, bestätigen andererseits, dass sich die Expansion in den ersten ein bis zwei Milliar-den Jahren nach dem Urknall noch durch die Schwerkraft der damals dichteren Materie verlangsamt hat.

Es ist die Übergangsphase zwischen Verlangsamung und Beschleunigung in der Jugend des Kosmos, die den Forschern am meisten Informationen über die Dunkle Energie liefern könnte. Eben in diese Zeitepoche soll CHIME nun hineinblicken.

Die Wissenschafter nutzen dafür die berühmte 21-Zentimeter-Linie des Wasserstoffs: Mit ihr konnten Astronomen unter anderem erstmals Informationen über die Struktur unserer eigenen Galaxie, die Milchstrasse, gewinnen. Ganz ähnlich liefert die Intensität dieser Strahlung den Forschern auch eine Karte der grossräumigen kosmischen Strukturen.

Ganzheitlicher Himmel-Scann

Um aus der Grösse der auf diese Weise kartierten kosmischen Strukturen Rückschlüsse auf die Expansion und damit auch die Dunkle Energie ziehen zu können, müssen die Forscher den gesamten sichtbaren Himmel mit hoher Genauigkeit abscannen.

Vor zwei Jahren demonstrierte das CHIME-Team mit einer kleinen Pilotanlage die Funktionsfähigkeit ihres Designs. Inzwischen ist das neue Radioteleskop auf dem Gelände des Dominion Radio Astrophysical Observatory nahe der Kleinstadt Penticton in der kanadischen Provinz British Columbia nahezu fertiggestellt.

Nach einer Testphase soll es im kommenden Jahr mit der Kartierung des jugendlichen Kosmos beginnen. Und wie jedes grosse wissen-schaftliche Instrument wird es nicht nur seiner eigentlichen Aufgabe nachgehen: Die Forscher erhoffen sich quasi als Abfallprodukt auch neue Einsichten über unsere Milchstrasse und Neutronensterne – und vielleicht die Entdeckung bislang unbekannter kosmischer Radioquellen.

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