Forscher planen weltweit größtes Radioteleskop namens SKA

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat sich zusammengetan, um ein Experiment mit astronomischen Ausmaßen vorzubereiten: die umfassendste Kartierung des Weltalls. Für diesen kosmischen Atlas planen sie Empfangsstationen in Südafrika und Australien und kombinieren sie zu dem bislang riesigsten Radioteleskop. Einer der beteiligten Forscher ist der Kosmologe Professor Dr. Dominik Schwarz von der Universität Bielefeld. Am heutigen Montag (19.01.2015) veröffentlicht er zusammen mit seinen internationalen Kollegen eine Sammlung wissenschaftlicher Artikeln auf „arXiv.org“, in denen sie ihre Pläne für die Mammutaufgabe vorstellen.

Die Forscherinnen und Forscher planen die wissenschaftlichen Projekte des „Square Kilometre Array“ (SKA) und haben sich in der Cosmology Science Working Group des SKA zusammengeschlossen. Das SKA-Radioteleskop wird sich aus Tausenden von Parabolantennen und Empfängern zusammensetzen, die Radiosignale empfangen können. Die erste Projektphase soll 2023 abgeschlossen sein. Das SKA soll dann bereits über eine Lichtsammelfläche verfügen, die 15 Fußballfeldern entspricht. „Es produziert dann täglich mehr als doppelt so viele Daten als an einem Tag im gesamten Internet ausgetauscht werden“, sagt Professor Dr. Dominik Schwarz von der Bielefelder Fakultät für Physik.

Der Kosmologe untersucht die Entstehung und Entwicklung des Universums. Er ist seit 2013 Mitglied der SKA Science Working Group, die die wissenschaftlichen Experimente vorbereitet, die mit SKA durchgeführt werden sollen. „Mein Team und ich beteiligen uns an dem Vorhaben, weil es uns erlauben wird, alle Epochen der kosmologischen Entwicklung zu untersuchen“, sagt Schwarz. „Eine umfassende Karte des Weltalls bringt uns in unserer Forschung entscheidend voran. Wenn wir wissen, wie das Universum aufgebaut ist, können wir leichter berechnen, wie sich das frühe Universum kurz nach dem Urknall verhalten hat, als es noch keine Sekunde alt war.“

Im Gegensatz zu Teleskopen, die sichtbares Licht beobachten, setzen die Wissenschaftler im SKA-Projekt auf die Beobachtung von Wasserstoff-Gas. Denn Wasserstoff ist das am meisten verbreitete Element im Weltall. Es strahlt Radiowellen aus, die sich mit dem SKA-Teleskop messen lassen. „Weil Wasserstoff überall im Universum vorkommt, ist es perfekt, um zu erfassen, wie die Materie im Weltraum verteilt ist“, erklärt Schwarz.

Ein kosmisches Rätsel, das mit dem Riesenteleskop gelöst werden soll, ist die Frage nach den Eigenschaften von Dunkler Energie. Die normale Materie ist nach Ansicht von Astrophysikern im Universum kaum vorhanden. Dunkle Materie füllt hingegen schätzungsweise ein Viertel des Weltraums – und die Dunkle Energie füllt gar drei Viertel. „Bei der Dunklen Energie handelt es sich um eine hypothetische Form von Energie, die die Gravitation hemmt“, sagt Dr. Hans-Rainer Klöckner vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. Auch er arbeitet im SKA-Projekt mit. „Mit dem neuen Teleskop sollen dreidimensionale Karten erstellt werden, die die Verteilung der Galaxien zeigen“, berichtet Klöckner. Aus diesen Karten könnte sich ableiten lassen, wie die dunkle Energie funktioniert und woher sie kommt. „Hinzu kommt, dass sich mit den dreidimensionalen Karten auch testen lässt, wie zutreffend die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein ist“, sagt Professor Roy Maartens PhD von the University of the Western Cape in Kapstadt, Südafrika. Er ist Leiter der SKA Science Working Group Cosmology. Die kosmologische Forschung basiert bis heute auf der allgemeinen Relativitätstheorie und erklärt mit ihr zum Beispiel den Urknall oder die Eigenschaften Schwarzer Löcher.

Das SKA soll in einer zweiten Ausbaustufe bis 2030 fertiggestellt werden. Das derzeit größte Radioteleskop heißt „LOFAR“ und besteht aus 49 Empfangsstationen in Deutschland, den Niederlanden, Großbritannien, Frankreich und Schweden. Eine der Stationen wurde bis Ende 2014 in Norderstedt nahe Hamburg errichtet. Für den Bau der Anlage arbeitete das Team von Professor Schwarz mit Kollegen der Universitäten Hamburg und des niederländischen Radioastronomie-Instituts ASTRON zusammen. Im LOFAR-Projekt werden Computerverfahren entwickelt, die später auch für das SKA-Teleskop genutzt werden sollen.

Obwohl zahlreiche Forscher aus Europa an dem SKA-Projekt beteiligt sind, wird das Teleskop in Südafrika und Australien gebaut. „Dort haben wir die beste Sicht auf das galaktische Zentrum“, sagt Dominik Schwarz. „Außerdem tritt dort kaum Elektrosmog auf, der die Messungen stören würde.“
Mit Radioteleskopen wie SKA oder LOFAR machen sich Forscher zunutze, dass Galaxien, Sterne und Planeten Radiowellen aussenden. Diese elektromagnetischen Wellen lassen sich mit Antennen empfangen, um mit den Daten die Verteilung der Objekte in den jeweiligen Regionen des Weltalls zu berechnen. Mit optischen und Infrarot-Teleskopen sind solche Aufnahmen nicht möglich, weil das Licht dieser weit entfernten astronomischen Objekte von Staub- und Nebelwolken „geschluckt“ wird.

Weitere Informationen im Internet:
•    Square Kilometre Array: Die Kosmologie-Maschine (Pressemitteilung des Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, vom 19.01.2015): http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2015/2
•    Forschungsartikel des SKA-Projekts: http://arxiv.org/list/astro-ph/new
•    Website des SKA-Projekts: https://www.skatelescope.org
•    Von Hintergrundstrahlung und dunkler Materie (Forschungsmagazin BI.research, S. 50): https://www.uni-bielefeld.de/Universitaet/Einrichtungen/Pressestelle/dokumente/BI_research/38_2011/bi_resarch_38_2011.pdf

Kontakt:
Prof. Dr. Dominik Schwarz, Universität Bielefeld
Fakultät für Physik
Telefon: 0521 106- 6226
E-Mail: dschwarz@physik.uni-bielefeld.de

Dr. Hans-Rainer Klöckner
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
Telefon: 0228 525-314
E-Mail: hkloeckner@mpifr-bonn.mpg.de