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Technik-Update

eROSITA: Auf der Jagd nach der dunklen Energie

Obwohl sich das Universum aufgrund seiner Schwerkraft eigentlich zusammenziehen müsste, dehnt es sich rasend schnell aus.

eROSITA-Sonde
Die eROSITA-Sonde der NASA imago images / Reiner Zensen

Dahinter verbirgt sich eine geheimnisvolle Kraft, die man bis heute weder messen noch beschreiben kann. Ein neues Hightech-Teleskop soll nun Licht ins Dunkel bringen – es ist das weltweit beachtete Prestige-Projekt der deutschen Weltraumforschung.

Deutsches Prestige-Projekt

Am 13. Juli 2019 zündet die 700 Tonnen schwere Proton-Rakete ihre Triebwerke – und hebt wie in Zeitlupe von der Startrampe des russischen Weltraumflughafens Baikonur ab.

In Deutschland verfolgt kaum ein Mensch den Start – und das, obwohl sich im Bauch der Rakete das Prestige-Projekt der deutschen Weltraumforschung befindet:

eROSITA. Das von einem Team um den Astrophysiker Peter Predehl entwickelte Röntgenteleskop gilt als das beste seiner Art und wurde gebaut, um dem Universum sein bestgehütetes Geheimnis zu entlocken: die Wahrheit über die mysteriöse Kraft der Dunklen Energie. Doch eins nach dem anderen.

Einsteins Irrtum

Eigentlich beginnt die Geschichte von eROSITA schon vor mehr als 100 Jahren – und zwar mit einem Irrtum des vielleicht größten Denkers der modernen Wissenschaft. Damals stößt Albert Einstein beim Formulieren seiner "Allgemeinen Relativitätstheorie" auf ein Problem, das selbst er nicht ganz versteht.

Seine Berechnungen zeigen, dass sich das Universum aufgrund seiner Schwerkraft zusammenziehen müsste. Für Einstein, der damals wie die meisten Forscher an ein "konstantes Universum" glaubt, das seine Ausdehnung nicht verändert, unvorstellbar.

Er umgeht das Problem schließlich, indem er die sogenannte Kosmologische Konstante erfindet – eine hypothetische Gegenkraft zur Gravitation im Universum. Dass Einstein damit falsch liegt und sich das Universum tatsächlich in seiner Ausdehnung verändert, beweist spätestens 1929 Edwin Hubble.

Mehr als 60 Jahre lang lautet die These nun: Angetrieben von der Energie des Urknalls, dehnt sich das Universum zwar immer weiter aus, wird aber gebremst von der Schwerkraft der Materie im Weltraum.

Ein Theorem, das gilt, bis in den 1990er-Jahren die Astrophysiker und Nobelpreisträger Saul Perlmutter, Adam Riess und Brian Schmidt mithilfe der Beobachtung von Sonnenexplosionen zeigen, dass es genau anders herum ist: Die Ausdehnung des Universums wird nicht langsamer, sondern schneller.

Es ist eine Erkenntnis, die alles auf den Kopf stellt, was man über das Universum zu wissen glaubte – und zudem eine völlig neue Frage aufwirft: Welche Energie ist stark genug, um das Universum gegen die Zugrichtung der eigenen Schwerkraft auszudehnen? Die Antwort auf diese Frage – so viel steht fest – würde die Physik fundamental revolutionieren.

Wie fängt man einen Röntgenstrahl?

"Das Problem ist leider, dass wir die Antwort bis heute nicht kennen", erklärt Thomas Mernik vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. "Aus diesem Grund wurde der unbekannte Beschleuniger des Universums ja auch einfach Dunkle Energie getauft."

Auch eROSITA-Projektleiter Predehl gibt zu bedenken: "Dunkel heißt hier: Wir wissen nichts." Doch für die Kosmologen gibt es nun Hoffnung auf eine Erhellung in dieser Sache – und zwar das mit der Proton-Rakete in den Erdorbit geschossene Röntgenteleskop eROSITA.

Mehr als 14 Jahre hat die Entwicklung des Hightech-Auges gedauert – vor allem wegen seines Herzstücks: sieben Spiegelmodule, die wiederum jeweils 54 ineinander verschachtelte, vergoldete Spiegelschalen enthalten.

"Diese Module sammeln hochenergetische Photonen und leiten sie an Röntgenkameras weiter, die in den Brennpunkten der Spiegelsysteme sitzen", erklärt Projektleiter Predehl.

Eine enorme Herausforderung, denn das Einfangen von Röntgenstrahlen galt lange als nicht machbar, da mit herkömmlichen Spiegel- oder Linsensystemen das Fokussieren der elektromagnetischen Wellen unmöglich ist – sie durchdringen die verbauten Materialien einfach.

Predehl und sein Team mussten ihr Teleskop deswegen so designen, dass die Röntgenstrahlen nur in einem extrem flachen Winkel von maximal einem Grad auf die Reflektoren treffen – und die sogenannte Oberflächenrauheit der Spiegel maximal einige Millionstel Millimeter beträgt.

Röntgenstrahlen vs. Dunkle Energie

Sie hatten Erfolg. Doch wieso benötigt man ausgerechnet ein Röntgenteleskop, um nach der Dunklen Energie zu suchen? Die Antwort: Da niemand weiß, was Dunkle Energie ist, kann man nicht direkt nach ihr suchen.

Da man aber weiß, dass diese geheimnisvolle Kraft nicht nur das Universum auseinanderzieht, sondern auch alles, was sich im Universum befindet, hat man im wahrsten Sinne eine heiße Spur. Galaxienhaufen sind die größten und schwersten Materie-Strukturen des Universums.

Die auch als Cluster bezeichneten Giganten "setzen sich aus bis zu einigen Tausend Galaxien zusammen", erklärt Mernik. "Je heißer etwas ist, desto hochenergetischer strahlt es auch. Und diese merkwürdigen Gebilde sind von einem 100 Millionen Grad heißen Gas durchdrungen, das sich durch seine Röntgenstrahlung beobachten lässt.

Genau hier kommen die Röntgenaugen von eROSITA ins Spiel. Mit ihnen beobachten wir Galaxienhaufen und schauen, wie sie sich im Universum bewegen und vor allem, wie schnell sie das tun." Und anhand dieser Bewegungsmuster wiederum sind die Forscher in der Lage, Rückschlüsse auf jene Kraft zu ziehen, die für die kosmische Dynamik verantwortlich ist: Dunkle Energie!

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