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SQUARE KILOMETRE ARRAY
Faszinierende Möglichkeiten für Kosmologen
von Stefan Deiters
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21. Januar 2015

In Südafrika und Australien soll mit dem Square Kilometre Array (SKA) das weltweit größte Radioteleskop entstehen. Auch für Kosmologen dürfte das Teleskop wertvolle Daten liefern, wie jetzt vorgestellte Studien zeigen. An diesen waren auch deutsche Astronomen beteiligt, obwohl sie bei SKA künftig kaum noch etwas zu sagen haben werden: Deutschland hat seine SKA-Mitgliedschaft nämlich gekündigt.

SKA

So könnten die SKA-Antennen einmal aussehen. Bild: SKA Organisation [Großansicht]

In Südafrika und Australien soll in den kommenden Jahren mit dem Square Kilometre Array (SKA) ein gewaltiges Radioteleskop entstehen. Nach den Planungen könnte der erste Bauabschnitt, der aus Parabolspiegeln in Südafrika und einfachen Antennen in Australien bestehen wird, bis 2023 fertiggestellt sein. Bis Ende des kommenden Jahrzehnts soll dann in einer zweiten Bauphase durch weitere Teleskope und Antennenelemente die Empfindlichkeit noch einmal deutlich erhöht werden.

Doch schon nach Fertigstellung des ersten Bauabschnitts wird das SKA eine Sammelfläche von 15 Fußballfeldern besitzen und an einem Betriebstag für ein Datenvolumen sorgen, das den heutigen Datenverkehr des globalen Internets um ein Vielfaches überschreitet.

Eine internationale Arbeitsgruppe hat sich nun mit den Möglichkeiten befasst, die dieses Radioteleskop den Kosmologen für ihre Forschung bieten wird. "Das Team hat eine beachtliche Leistung vollbracht und eine Vielzahl von Ideen und Experimenten entwickelt, die die Kosmologie in Zukunft beeinflussen werden", sagt der Vorsitzende der Arbeitsgruppe, Roy Maartens, von der Universität Western Cape in Südafrika.

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Eine zentrale Rolle kommt dabei der Vermessung der Radiosignale des neutralen Wasserstoffs im Universum zu: "Neutraler Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum und wir können es zu jedem Zeitpunkt in der Entwicklungsgeschichte des Universums messen", erläutert Phil Bull von der Universität Oslo in Norwegen. "Es ist ein idealer Indikator, der uns erlaubt, die Materieverteilung auf großen Skalen zu verfolgen." Zusätzlich kann der Effekt der Dunklen Materie auf sogenannte Wasserstoffgalaxien gemessen werden, der ansonsten durch kein Teleskop beobachtbar ist.

Die dreidimensionale Kartierung von Galaxien ist in der Regel eine sehr aufwendige und langwierige Angelegenheit. Mit dem SKA hoffen die Astronomen aber, bis Ende der 2020er Jahre mithilfe von einer Milliarde Wasserstoffgalaxien eine detaillierte dreidimensionale Karte der Masseverteilung des Universums erstellen zu können. Im Vergleich zu heutigen Galaxienkatalogen, die rund eine Million Galaxien beinhalten, wäre dies ein beachtlicher Schritt nach vorn.

SKA könnte auch Licht auf ein bisher sehr "dunkles" Gebiet der kosmologischen Forschung werfen helfen: So erhoffen sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Dunkle Energie, die für die beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich gemacht wird.  "Mit dem SKA wird man Präzisionskosmologie machen können und der Natur der Dunklen Energie auf den Zahn fühlen", ist Alvise Raccanelli von der amerikanischen Johns Hopkins University überzeugt. "Wir sind ferner in der Lage, durch die dreidimensionale Vermessung der Galaxien Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zu überprüfen."

Zudem würden die Beobachtungen einen bislang einmaligen Einblick in die Entwicklungsgeschichte des Universums erlauben: "Wir können die Ausdehnung des Universums in Echtzeit messen. Dazu beobachten wir das Signal des neutralen Wasserstoffs von Milliarden von Galaxien über eine Zeitspanne von zehn Jahren", erklärt Hans-Rainer Klöckner vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. "Die kosmologische Ausdehnung ist relativ gering im Vergleich mit unserer Lebenszeit und es ist ein technischer Meilenstein, aber eine direkte Messung ist möglich. Sie erlaubt es, kosmologische Modelle zu prüfen und eine Charakterisierung der Dunklen Energie zu erstellen."

Auch andere theoretische Vorhersagen und Modelle würden sich, so die Wissenschaftler, durch SKA-Beobachtungen überprüfen lassen. Dabei könnten auch sehr alte Theorien auf den Prüfstand kommen, wie etwa das fundamentale Prinzip, nach dem die großräumige Materieverteilung im Kosmos gleichförmig sein sollte, unabhängig von der Blickrichtung des Teleskops. Es könnte jedoch sein, dass dies nicht immer so war. "Wenn die Messungen da etwas anderes ergeben, hätte das sehr ernste Auswirkungen auf unser gesamtes Verständnis des Universums", so Dominik Schwarz von der Universität Bielefeld.

Die Beiträge zur Kosmologie, die jetzt auf dem Preprint-Server arXiv.org erschienen sind, stellen nur einen Teil einer Reihe von Studien dar, die von der SKA-Organisation im Sommer in Buchform veröffentlicht werden sollen. So sind auch Artikel zu den Bereichen "Schwerkraft und Vorstellungen von Raum und Zeit" sowie "Kosmischer Magnetismus" erschienen. Auch hieran haben sich Mitarbeiter aus deutschen Instituten beteiligt.

Für die deutschen Wissenschaftler dürfte die Vorstellung der Möglichkeiten, die das SKA den beteiligten Teams bieten wird, allerdings mit einem fahlen Beigeschmack verbunden sein: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat nämlich im vergangenen Jahr die Mitgliedschaft Deutschlands in der SKA-Organisation zum 30. Juni 2015 gekündigt (astronews.com berichtete). Der Schritt stieß bei den Radioastronomen damals auf Unverständnis und sie beklagten zudem, dass sie zuvor noch nicht einmal konsultiert worden seien.

Mit dem Austritt haben sich die Chancen deutscher Forscher auf einen Zugang zu dem Riesenteleskop aber dramatisch verschlechtert, da bei SKA nur ein sehr kleiner Teil der Beobachtungszeit an Wissenschaftler aus Ländern vergeben werden soll, die sich nicht an der Finanzierung beteiligt haben.

Das Ministerium erläutert die Entscheidung zum SKA-Ausstieg auf einer eigenen Webseite: Eine deutsche SKA-Beteiligung sei deshalb nicht in einer sogenannten "Roadmap" zur Finanzierung von größeren Forschungsprojekten enthalten, weil sich das SKA zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Roadmap "noch in der Re-Design-Phase" befunden habe, so dass "das SKA weder an diesem Bewertungsprozess teilnehmen, noch in die Roadmap aufgenommen werden konnte."

Zu Beginn der Woche, nach Vorstellung der neuen Arbeiten über die Möglichkeiten des SKA, ließ sich eine Sprecherin des Ministeriums mit den Worten zitieren, dass es den Wissenschaftlern freistehe, sich wieder um deutsche Beteiligung und damit um finanzielle Mittel zu bewerben, "sofern SKA die nötige Reife erlangt habe".

"Die Investitionen aus verschiedenen Ländern wie zum Beispiel Großbritannien oder Italien setzen sicherlich auch ein Zeichen des Vertrauens in das SKA und seine Projektreife", meinte dazu Michael Kramer, der geschäftsführende Direktor des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn. Und sein Kollege Schwarz aus Bielefeld ergänzt: "Die Erarbeitung des neuen Science Books und die nun veröffentlichten Beiträge daraus zeigen das große Interesse der deutschen Forschung am SKA. Dabei stellt Deutschland den drittgrößten Anteil von Wissenschaftlern, die zu dem Buch beigetragen haben."

Zumindest, so hieß es gestern, sei die Äußerung aus dem Ministerium - bei einer positiven Interpretation - vielleicht das erste Mal, dass das Ministerium eine Antwort formuliert hat, die eine mögliche Zukunft für das SKA in Deutschland in Aussicht stellt.

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siehe auch
Square Kilometre Array: Beteiligung Deutschlands vor dem Aus? - 14. Juni 2014
Square Kilometre Array: Deutschland an Riesen-Radioteleskop beteiligt - 20. Dezember 2012
Radionet: Förderung für Radioastronomie in Europa - 5. Januar 2012
Radioastronomie: Brüssel fördert RadioNet - 31. März 2009
Radioastronomie: Internationale Kooperation für Riesenteleskop - 6. März 2008
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Universität Bielefeld
Preprints der SKA-Artikel bei arXiv.org
Bundesministerium für Bildung und Forschung zum SKA-Ausstieg
Square Kilometre Array
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