Entfernung und Position von über 100 000 Galaxien genau vermessen – das Projekt 2dF ist ein Schlüssel für das Verständnis von Aufbau und Entwicklung des Alls.
Das größte Stück vom Kuchen wollen viele gerne haben. So ist es auch in der Astronomie – nur, daß der Kuchen hier für das ganze Universum steht und die einzelnen Kuchenstücke gigantische Karten zur Darstellung der großräumigen Materieverteilung sind. Die bislang größten Kuchenstücke hat sich jetzt ein Team von mehr als 30 australischen, britischen und amerikanischen Astronomen mit dem 2dF-Projekt gesichert. 2dF steht für „Two degree Field” und spielt auf das Blickfeld des Spektrografen an, der am 3,9-Meter-Anglo-Australian Telescope in New South Wales momentan je einen tortenförmigen Ausschnitt des Universums über und unter der Milchstraßenebene durchmustert. Zwei Grad entspricht dem Vierfachen des Vollmond-Durchmessers.
In jeder klaren Nacht nimmt der Spektrograf mehr als 2000 Spektren von Galaxien auf. Dadurch läßt sich ihre Rotverschiebung bestimmen, über die ihre Entfernung berechnet werden kann. Das Ergebnis ist die größte dreidimensionale Karte des Kosmos, die es jemals gab. „Es hat nur knapp zwei Jahre gedauert, um die Distanzen von über 100000 Galaxien zu messen”, sagt der Leiter des australischen Forscherteams, Matthew Colless von der Australian National University, der das 2dF-Projekt zusammen mit John Peacock von der Edinburgh University koordiniert. „Mit herkömmlichen Methoden hätten wir Jahrzehnte dafür gebraucht.” Die größte Karte vor 2dF stammt von einem Teleskop in Chile: Im Las Campanas Redshift Survey – ein Beobachtungsprojekt, das 1994 abgeschlossen wurde – sind 25000 Galaxien verzeichnet.
Die 2dF-Karte überdeckt ein Zwanzigstel des gesamten Himmels und reicht vier Milliarden Lichtjahre weit ins All hinaus. „Wir haben ein Volumen von 13 Milliarden Milliarden Milliarden Lichtjahren durchmustert”, sagt Karl Glazebrook von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland. Schon lange ist bekannt, daß diese Welteninseln aus Hunderten von Millionen oder Milliarden Sternen das All nicht gleichmäßig ausfüllen, sondern sich in Gruppen und Haufen und diese wieder in Superhaufen zusammenballen, die wie Schaumblasen große Leerräume umschließen. Die größten Strukturen, beispielsweise die 1989 entdeckte „Große Mauer”, haben Ausmaße von rund 200 Millionen Lichtjahren. Doch damit scheint das Ende der Fahnenstange erreicht. Denn was die Las Campanas-Durchmusterung schon ahnen ließ, hat 2dF jetzt bestätigt: Es zeichnen sich keine noch ausgedehnteren Strukturen jenseits der Galaxiensuperhaufen in den Daten ab. Das ist das „ Ende der Größe”, sagen Astronomen.
„Ein wichtiger Fortschritt”, meint Colless. „Wir können inzwischen über die ganze Skala der Erscheinungen im Weltall blicken – von den gewaltigen kosmischen Kontinenten, den Galaxiensuperhaufen, bis zu hochaufgelösten Portraits einzelner Berge in der Landschaft des Universums, den Galaxien.” Sogar Weltraumflüge haben die Astronomen jetzt anzubieten: Hochleistungscomputer haben die 2dF-Karte so aufbereitet, daß jedermann wie in einem Film durch das galaktische Tortenstück fliegen und sich die dreidimensionalen Zusammenhänge plastisch vor Augen führen kann. „Wir alle sind an die Hollywood-Versionen der Reise durch den Kosmos gewöhnt, aber unsere Computersimulation kommt der Wahrheit viel näher”, sagt Matthew Bailes von der australischen Swinburne University stolz.
Einen Schlüssel liefert 2dF auch für die genauere Bestimmung anderer wichtiger kosmologischer Parameter: die Entwicklung der Galaxienverteilung, den Anteil der mysteriösen Dunklen Materie und die mittlere Materiedichte des Universums. Die neuen Daten stehen sehr gut mit Computersimulationen von der Entwicklung der großräumigen Strukturen in Einklang, wie sie beispielsweise im Rahmen des Virgo-Projekts am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching berechnet wurden. Nur auf kleinräumigen Maßstäben gibt es noch Diskrepanzen, was auf Lücken in unserem Verständnis der Bildung einzelner Galaxien hindeutet.
Obwohl die 2dF-Daten übereinstimmend mit vielen anderen astronomischen Studien belegen, daß die Materie im Universum zu mindestens 90 Prozent aus einem nicht leuchtenden – wahrscheinlich völlig unbekannten – Stoff besteht, zeigen die Daten auch, daß die Gesamtmasse des Universums bei weitem nicht ausreicht, um die Ausdehnung des Weltraums seit dem Urknall zu stoppen: Die mittlere Materiedichte beträgt nur ein Drittel des kritischen Werts. Das paßt ausgezeichnet zu den momentan favorisierten kosmologischen Modellen von der Zusammensetzung und Entwicklung des Universums (bild der wissenschaft 6/1999, „ Kosmischer Zahlenpoker”). Das 2dF-Projekt wird noch weitere Schätze für die Astronomen bergen, denn das bisherige Resultat ist erst ein Zwischenergebnis. Die endgültige Karte wird auch rund 30000 ferne Quasare enthalten. Robert J. Smith von der Australian National University und seine Kollegen fiebern schon auf diese Daten. Denn daraus können sie die großräumige Verteilung der Quasare im Universum ablesen, die Verteilung der Materie kurz nach dem Urknall, ihr weiteres Schicksal unter der Herrschaft der Schwerkraft, die Entwicklung der Galaxien und den Wert der Kosmologischen Konstante. Als willkommener Nebeneffekt erhoffen sich die Astronomen außerdem, im 2dF-Katalog 1500 Weiße Zwergsterne und 150 ferne Blaue Riesensterne zu finden.
Indes scannt das australische Großteleskop Nacht für Nacht einen neuen Himmelsausschnitt. „Wir wollen das Ziel unserer Durchmusterung schon Ende 2001 erreichen: die Entfernungsbestimmung von 250000 Galaxien”, sagt Colless. „Unsere Karte des Universums wird dann zehnmal größer sein als jede andere zuvor.” Doch mit 2dF ist der kosmische Kuchen nicht verteilt: 1998 hat ein internationales Astronomenteam begonnen, ein Viertel unseres Himmels mit einem eigens dafür gebauten 2,5-Meter-Teleskop in New Mexico zu durchmustern. Ziel dieses Projekts namens Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ist es, im Lauf des Jahrzehnts eine Karte von über 100 Millionen Sternen und Galaxien zu erstellen. Darunter werden Entfernungsbestimmungen von einer Million Galaxien sein.
2dF – Inventur im All Mit seiner kosmischen Volkszählung hat das rund fünf Millionen australische Dollar teure 2dF-Projekt im Jahr 1997 begonnen. Es tastet sich über ausgewählte Areale des nördlichen und südlichen Sternenhimmels, insgesamt über 1700 Quadratgrad. Im Verlauf von 90 Nächten wird jeweils rund eine Stunde lang eine zwei Grad große Region ins Visier genommen. Um möglichst effizient zu arbeiten, haben die Ingenieure eine raffinierte Methode entwickelt – die Multifaser-Spektroskopie: Die 2dF-Spektrografen können gleichzeitig das Licht von 400 Objekten analysieren. Dafür bohrt ein Roboter 400 winzige Löcher in eine Aluminiumplatte, die zwischen dem Teleskop und den Spektrografen eingebaut wurde. Die Stellung der Löcher zueinander entspricht der Position von 400 ausgewählten Galaxien. An jedem Loch wird eine Glasfaser angeschlossen. Jede Faser führt zu einem Prisma, das das Licht
genau einer Galaxie zerlegt. Auf diese Weise lassen sich gleichzeitig die Spektren von 400 Galaxien messen. Das verkürzt die Beobachtungszeit um das Vierhundertfache.
Rüdiger Vaas
