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Das erste… Google Maps unserer Galaxie plant ein Forscherteam, an dem das Institut für Astrophysik der Stiftung für Forschung und Technologie (ITE) beteiligt ist, zu schaffen. Für dieses ehrgeizige Projekt wird das Team vom Europäischen Forschungsrat (ERC) einen Synergy Grant erhalten.
Das Projekt mit dem Namen „mw-atlas“ und einem Gesamtbudget von zehn Millionen Euro hat zum Ziel, den ersten dreidimensionalen, umfassenden Atlas unserer Galaxie zu erstellen, der die Art und Weise, wie wir das Universum beobachten und verstehen, drastisch verändern soll.
An der Spitze des Teams stehen Vasiliki Pavlidou, Mitglied der ITE und Professor an der Physikabteilung der Universität Kreta, Dr. Thorsten Enßlin vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Deutschland und Professor Philipp Mertens von der RWTH Aachen in Deutschland.
„Der Unterschied, den Google Maps in unserem Leben gemacht hat, besteht darin, dass es uns nicht nur sagt, wo die Straßen sind, sondern auch, wo sich Hotels, Restaurants, die U-Bahn und die Bushaltestelle befinden. So weißt du in jeder fremden Stadt nicht nur, wo sich die Orte befinden, sondern auch, wie sie dynamisch miteinander verbunden sind, also die funktionalen Verbindungen zwischen den verschiedenen Punkten. Genau das versuchen wir mit der dreidimensionalen Karte unserer Galaxie zu erstellen: nicht nur zu sagen, wo alles ist, wo die Sterne im dreidimensionalen Raum, der Staub, das Gas, die dunkle Materie sind, sondern auch, wie diese miteinander interagieren. Dies allein wird uns auf gewisse Weise den Stoffwechsel der Galaxie verraten: wie Sterne und Planeten entstehen, wo Leben entstehen kann, was die Natur der dunklen Materie sein könnte“, erklärt Frau Pavlidou gegenüber dem APE-MPE.
Eine große Neuerung des Atlas wird seine dreidimensionale Gestalt sein. Professor Philipp Mertens, Professor am Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie der RWTH, stellt fest: „Unsere Galaxie ist extrem komplex. Sie enthält dunkle Materie, Sterne, Gase, Staub, kosmische Strahlung, Magnetfelder, turbulente Geschwindigkeiten, die durch ein Netzwerk physikalischer Prozesse interagieren. Obwohl die physikalischen Wechselwirkungen zwischen den Komponenten die Rekonstruktion erschweren, bilden sie den Schlüssel, um die dritte Dimension des Atlas zu entschlüsseln“.
Frau Pavlidou betont gegenüber dem APE-MPE: „In der Astronomie sind all unsere Beobachtungen zweidimensionale Projektionen. Wir haben überhaupt kein Gefühl für die Tiefe. Erst im letzten Jahrzehnt begann sich dies wirklich zu ändern, mit der Messung der Entfernungen von einer Milliarde Sterne durch die europäische GAIA-Mission. Die Sterne sind also dieses Element innerhalb der Galaxie, mit dem wir Tiefen, Abstände messen können. Unsere anderen Beobachtungen sind in zwei Dimensionen, also Projektionen auf einen Bildschirm ohne Tiefe“.
„Mit der Einführung der Tiefe für die Sterne“, fährt sie fort, „können wir die physikalischen Prozesse nutzen, um die Tiefeninformation von den Sternen, wo wir sie direkt messen, auf die anderen Elemente der Galaxie zu übertragen. Dies ist ein so unvorstellbar großer Vorwärtsschritt, dass wir mit einem dreidimensionalen Atlas für eine Vielzahl von Problemen, die wir in der Spitze der Astrophysikforschung nur indirekt betrachtet haben, nun direkt, wenn wir einen dreidimensionalen Atlas haben, die Lösung lesen können“.
Viele offene Fragen hoffen die Forscher durch die Erstellung des Atlas zu beantworten, aber besonders hervorzuheben sind die Entstehung des Universums und die Natur der dunklen Materie.
Wie Dr. Thorsten Enßlin, Koordinator des Projekts und Leiter der Theorie der Informationsfelder am Max-Planck-Institut für Astrophysik, feststellt: „Unsere Galaxie ist ein Schleier, durch den wir das ferne Universum beobachten, und daher muss sie verstanden werden, damit wir unsere Beobachtungen vom Lärm, den sie verursacht, „reinigen“ können“.
„Nur wenn wir die dreidimensionale Struktur der Galaxie genau kennen, können wir unterscheiden, was aus dem jungen Universum und was aus der Galaxie kommt, und sehen, ob es einen Abdruck der ersten Momente, der ersten inflationären Expansion, die sich in den ersten Milliardensteln von Sekunden des Lebens des Universums ereignet hat, gibt“, beschreibt Frau Pavlidou gegenüber dem APE-MPE.
Bezüglich der Natur der dunklen Materie betont Frau Pavlidou, dass „durch die dreidimensionale Kartierung aller Elemente der Galaxie und vor allem des Gravitationsfeldes wir eine Richtung erhalten, wohin wir nach neuen dunklen Materieteilchen suchen sollten, je nachdem, ob sie klein oder groß sind“.
Das „mw-atlas“-Projekt wird 2025 beginnen und für die nächsten sechs Jahre fortgesetzt. Die Forscher erwarten, dass Zwischenergebnisse alle zwei Jahre konkrete astrophysikalische Fragen beantworten werden. Da das Unterfangen, den Atlas zu erstellen, riesig und die dreidimensionale Rekonstruktion astronomischer Daten extrem komplex ist, haben die Forscher das Ziel gesetzt, die für dieses Projekt entwickelten Algorithmen auch in anderen Bereichen wie medizinische Bildgebung, Erdklimabeobachtung und industrielle Datenanalyse zu übertragen.
Die Verbindung mit dem PASIPHAE-Projekt
Das Projekt ist mit einem anderen großen Programm verbunden, das das Institut für Astrophysik des ITE mit früherer ERC-Finanzierung betreibt. Es handelt sich um das PASIPHAE-Projekt mit dem Ziel, das Magnetfeld unserer Galaxie zu kartieren, welches eine Hauptquelle des „Rauschens“ für die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, also das Porträt des „Baby“-Universums, darstellt. Auch PASIPHAE wird 2025 beginnen und fortschrittliche Doppelinstrumente (Polarisatoren) umfassen, die mit der Unterstützung der Stavros Niarchos Foundation speziell für das Programm im Labor des Inter-University Center for Astronomy and Astrophysics (IUCAA) in Indien gebaut werden. Die beiden Polarisatoren werden in Südafrika und am Observatorium von Skinakas auf Kreta aufgestellt.
Partner des PASIPHAE sind das ITE und die Universität Kreta, das California Institute of Technology Caltech, das IUCAA, das Astronomical Observatory of Southern Africa und die Universität Oslo in Norwegen. Wissenschaftlich verantwortlich für dieses spezielle Projekt ist der Professor der Universität Kreta und Forscher an der ITE, Kostas Tassis.
Die Synergy Grants von 2024
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Ausschreibung 2024 für die „ERC Synergy Grants“ neben„ mw-atlas “weitere 56 Forschungsprojekte ausgezeichnet wurden. Die 57 Projekte erhalten insgesamt 571 Millionen Euro zur Bewältigung einiger der komplexesten wissenschaftlichen Probleme in einem breiten Spektrum von Bereichen. Die Zuschüsse, die die Zusammenarbeit zwischen Forschern fördern sollen, sind Teil des Forschungs- und Innovationsprogramms der EU „Horizon Europe“.
An den ausgezeichneten Projekten sind 201 Forscher beteiligt, die sie an 184 Universitäten und Forschungseinrichtungen in 24 Ländern in ganz Europa und darüber hinaus durchführen werden. Zweiundzwanzig der Teams beinhalten einen Forscher mit Sitz außerhalb Europas (USA, Schweiz, Australien und erstmals die Republik Korea). Fast 32 % der Forscher, die an den 57 Projekten beteiligt sind, sind Frauen, und dies, laut dem Europäischen Forschungsrat, ist der höchste Prozentsatz seit Beginn des Programms. Sechs Forscherteams bestehen vollständig aus Forscherinnen.
Maria Kouzinopoulou