Von Ulf von Rauchhaupt
12. März 2008 Es ist die perfekte Wüste. Wohin die Abendsonne auch scheint, sie beleuchtet nichts als eine trostlose, zerkrümelte Landschaft, rotbraune Rümpfe bereits von Urzeiten abgeschliffener Berge. Im Westen liegt das Meer. Unter einer Decke schneeweißer Wolken bleibt es bis zum Horizont unsichtbar, da die Kühle des Humboldtstroms die ozeanische Feuchte bereits unten an der Küste auskondensiert. Hinauf zum 2635 Meter hohen Cerro Paranal schafft sie es nur an wenigen Tagen im Jahr, wenn überhaupt.
„Sehen Sie diesen Vulkan?“, fragt Jason Spyromilio und deutet auf den gebirgigen Horizont im Osten. „Er liegt schon in Argentinien und ist 150 Kilometer entfernt. Es gibt wenige Orte auf der Welt, wo Sie so weit sehen können. Genau darum sind wir hier.“ Spyromilio ist Astronom des European Southern Observatory (Eso), einer von 13 europäischen Staaten getragenen Forschungsorganisation mit Zentrale in Garching bei München. Seit 1998 betreibt die Eso auf dem planierten Gipfel des Paranal das „Very Large Telescope“, kurz VLT, eines der leistungsfähigsten Observatorien der Welt.
Rushhour kurz vor Sonnenuntergang
In der halben Stunde vor Sonnenuntergang ist es auf der VLTPlattform am lebendigsten. Da versammeln sich hier viele der Astronomen, die in der anbrechenden Nacht beobachten werden. Denn noch bevor die Sonne in den Pazifik sinkt, beginnt ein nicht minder eindrucksvolles Schauspiel: Geisterhaft öffnet sich jeder der vier schimmernden Türme und gibt den Blick auf jeweils ein spindelförmiges Gestell frei, an dessen Basis ein 8,2 Meter breiter Hohlspiegel hängt. Den ganzen Tag über wurden die vier Großteleskope auf die für die Nacht vorhergesagten Temperaturen gekühlt, um die Luftturbulenzen möglichst klein zu halten. UT für „Unitary Telescope“ heißen diese Riesen hier, unterschieden durch die Ziffern eins bis vier. Die klangvollen Namen aus der Sprache der Mapuche-Indianer, die eigens in einem Schülerwettbewerb ermittelt wurden, verwendet keiner der Forscher. Den vier kleinen „Auxiliary Telescopes“, kurz AT, hat man erst gar keine Namen gegeben. Vor dem immer tieferen Blau des Himmels schälen auch sie sich nun langsam aus ihren kugeligen Hüllen.
Spyromilio genießt die Show, obwohl er sie kennt. Schließlich hat er das VLT mit aufgebaut. „Das war hart“, erinnert er sich. „Im Jahr 1998 war ich 300 Nächte auf dem Berg.“ Später diente er dem VLT anderthalb Jahre als Direktor, bevor die Eso ihn in den Planungsstab ihres Zukunftsprojektes eines „European Extremely Large Telescope“ berief. Aber heute ist er nur als Wissenschaftler da. Zusammen mit seinem Garchinger Kollegen Bruno Leibundgut wird er in der ersten Nachthälfte mit UT2 Sternexplosionen, sogenannte Typ-Ia-Supernovae, in Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxien vermessen. Beide Forscher gehören zu einer internationalen Kollaboration, die damit Licht in das wahrscheinlich größte Rätsel der modernen Physik zu bringen versucht.
Eine rätselhafte Entdeckung besätigen
Es geht um die sogenannte „Dunkle Energie“. An deren Entdeckung durch das Weltraumteleskop Hubble vor zehn Jahren waren Leibundgut und Spyromilio selber beteiligt. Bis heute weiß niemand, was damals entdeckt wurde. Fest steht nur, dass 70 Prozent des Universums daraus bestehen und dass es die kosmische Expansion beschleunigt, was man seinerzeit anhand jener Sternexplosionen feststellte: Supernovae sind zwar selten, in der Milchstraße kommt es nur alle Jahrhunderte dazu, aber bei hundert Milliarden Galaxien im beobachtbaren Universum flackert ständig irgendwo eine auf. Ia-Supernovae setzen dabei immer etwa die gleiche Energie frei, weswegen man ihre Lichtintensität in eine Entfernung umrechnen und aus vielen solcher Entfernungswerte die Expansion des Weltalls rekonstruieren kann.
Um nun irgendeine Chance zu haben, herauszufinden, was hinter der Dunklen Energie steckt, muss man wissen, ob ihre raumblähende Wirkung immer dieselbe war oder ob sie sich im Laufe der Jahrmilliarden verändert hat. Nicht wenige Physiker hoffen auf eine dynamische Dunkle Energie, denn eine unveränderliche - eine sogenannte „kosmologische Konstante“ - passt so überhaupt nicht in die Strukturen der gegenwärtigen theoretischen Physik. Dennoch weisen bislang alle Daten genau darauf hin, allerdings sind die Messunsicherheiten noch beträchtlich. Um sie zu verringern, gilt es, möglichst viele Ia-Supernovae in unterschiedlich entfernten Galaxien aufzuspüren und zu vermessen. Je mehr, desto besser.
Sieben Galaxien im Visier
In dieser Nacht haben sich Leibundgut und Spyromilio sieben Galaxien vorgenommen, in denen ein kleineres Spezialteleskop auf dem 600 Kilometer weiter südlich gelegenen Cerro Tololo verdächtige Lichtpunkte festgestellt hatte, die wie Ia-Supernovae aussehen und nun mit dem riesigen UT2 vermessen werden müssen. Die Koordinaten haben die Astronomen erst am Nachmittag mitgeteilt bekommen. Bruno Leibundgut hält es denn auch nicht lange auf der Plattform. Als die ersten Sterne sichtbar werden, ist er längst im Kontrollgebäude verschwunden.
Das Kontrollgebäude ist der Arbeitsplatz der Beobachter - niemand setzt des Nachts einen Fuß in die Teleskoptürme. Völlig abgedunkelt schmiegt es sich unterhalb der Plattform an den planierten Berg. Das Großraumbüro, das es birgt, ist dagegen neonhell. Stellwände teilen es in fünf Bereiche, vier davon bergen die Kommandozentralen der einzelnen Großteleskope, in jeder sitzen zwei bis drei Astronomen vor mindestens zehn Bildschirmen, die mitgebrachten Laptops der Gastbeobachter nicht mitgerechnet.
Der von Bruno Leibundgut ist bereits um 22 Uhr stark beschäftigt - mit einer ersten Datenanalyse. „Zwei haben wir schon durch“, verkündet er vergnügt, obwohl eine der beiden vermessenen Galaxien sich als Flop herausstellte: Da war keine Supernova, die Kollegen am Cerro Tololo müssen etwas anderes gesehen haben. Die andere Galaxie zeigte einen hellen Punkt, dessen Licht Leibundgut nun auf die spektralen Insignien einer Ia-Supernova prüft. Neben ihm bereitet Jason Spyromilio die Beobachtung des dritten Kandidaten vor. Dazu leitet er die Himmelskoordinaten an Angela Cortes weiter. Die junge Chilenin ist heute diensthabende Operateurin an UT2. Sie muss nun in der Nähe des Zielobjektes einen Leitstern finden. Dann wird das Teleskop mit einer Geschwindigkeit von zwei Winkelgraden pro Sekunde an die neue Position bewegt.
Ohne Leitstern fehlt die Orientierung
Der Leitstern ist entscheidend. Anhand seines Bildes wird während der Beobachtung die Fokussierung des Teleskops überwacht und automatisch korrigiert. Denn je nach Temperatur und Windlast, vor allem aber je nach der Ausrichtung des 430 Tonnen schweren Instruments im Schwerefeld der Erde verschieben sich die Positionen seiner Spiegel und Linsen. Alle diese Verzerrungen werden nach Maßgabe des Leitsterns durch bewegliche Stempel am Hauptspiegel ausgeglichen, vollautomatisch, bis zu 25 Mal pro Sekunde. Ohne diese „aktive Optik“ wären Teleskope dieses Kalibers nicht zu betreiben - am allerwenigsten in Chile. „In puncto Erdbeben ist das hier eigentlich kein guter Standort für ein Teleskop“, sagt Spyromilio. „Aber Erdbeben wackeln mit Frequenzen von einem Hertz oder so. Die Korrekturzyklen der aktiven Optik sind da viel kürzer.“
Neben der aktiven Optik kommt am VLT auch die sogenannte adaptive Optik zum Einsatz, und zwar überwiegend am Teleskop UT4. Auch bei dieser Technik wird der Strahlengang aktiv verändert, so dass ein Leitstern immer scharf bleibt, allerdings nicht an dem schweren Hauptspiegel, sondern an kleineren optischen Elementen - und sehr viel schneller: bis zu 400 Mal in der Sekunde. Damit gelingt es bis zu einem gewissen Grad, das von Luftunruhen verursachte Funkeln der Himmelsobjekte auszugleichen, das Astronomen gar nicht schätzen, weil es ihre Bilder verwackeln lässt. Mit der adaptiven Optik erreicht das UT4 im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot sogar das Auflösungsvermögen des Weltraumteleskops Hubble.
Ein Problem der adaptiven Optik sind die hohen Anforderungen an den Leitstern. Im Schnitt findet sich in nur einem Prozent der möglichen Himmelsausschnitte ein geeigneter Stern. Besonders schlecht stehen die Chancen für extrascharfe Bilder von anderen Galaxien. Diese sind nur außerhalb der Ebene unserer eigenen Galaxie sichtbar, und dort gibt es nur wenige Sterne. Daher wurde am UT4 ein am Garchinger Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik entwickelter Laser installiert. Er leuchtet gelb in der Farbe glühenden Natriumdampfs und ist daher in der Lage, in 80 bis 100 Kilometer Höhe Natriumatome zum Leuchten anzuregen, die dort eine Schicht der Hochatmosphäre bilden. Das Resultat ist ein Lichtpunkt, der aussieht wie ein Stern. „Und er ist immer genau dort, wo das Teleskop hinschaut, wie eine Stirnlampe“, sagt Domenico Bonnaccini, der Leiter des Laser-Leitstern-Projekts auf dem Paranal.
Der Laserstern ist eine der Einrichtungen, die das VLT zu den modernsten Observatorien der Welt machen. Die andere befindet sich unter der Plattform: Unterirdisch verlaufen dort Vorrichtungen, um das Licht von bis zu drei der vier kleinen, versetzbaren Hilfsteleskope (der AT) - oder auch der großen UT - so zusammenzuführen, dass sie miteinander Himmelsobjekte sehr viel schärfer abbilden können als ein einzelnes Teleskop.
Interferometrie nennt man diese Technik, die lange nur Radioteleskopen vorbehalten war. Die Auflösung, die man mit solch einer Zusammenschaltung erreichen kann, entspricht einem Einzelteleskop von der Größe des Abstandes zwischen den zusammengeschalteten Instrumenten - im Falle des VLT-Interferometers auf dem Paranal sind das bis zu 200 Meter. Anders als in der Radioastronomie kann man die Signale allerdings nicht verstärken, weswegen die Technik komplexer ist und nur hinreichend helle Objekte untersuchen kann. Auch ist sie gegenwärtig nur bei Infrarotlicht praktikabel, das allerdings wissenschaftlich von hohem Interesse ist, da warme Staubstrukturen in Galaxienkernen oder um junge Sternsysteme sich in genau dieser Strahlung bemerkbar machen.
Für ihre Typ-Ia-Supernovae brauchen Leibundgut und Spyromilio keine adaptive Optik und keine Interferometrie. Sie wollen von den Detonationen am anderen Ende des Kosmos keine spektakulären Fotos machen, sondern ihre Helligkeit und ihre Wellenlängenverteilung bestimmen. Dafür kommt es weniger auf die Auflösung an, als auf die Empfindlichkeit, also darauf, von einer Supernova eine möglichst große Zahl von Lichtteilchen, sogenannten Photonen, einzusammeln. Sehr viele sind das nicht. Von der mutmaßlichen Supernova in Galaxie Nummer drei, für die Spyromilio jetzt den Probelauf gestartet hat, trudeln pro Sekunde gerade mal fünf Stück ein. Für ein vernünftiges Spektrum brauchen die Astronomen um die 9000 solcher Photonen, also eine Belichtungszeit von etwa einer halben Stunde.
Hier leuchten nur die Sterne
Während Bruno Leibundgut weiter an seinen Analysen arbeitet, nutzt Spyromilio die Zeit für eine Pause oben auf der Plattform. Dort wölbt sich nun, gegen Mitternacht, der südliche Sternenhimmel in seiner ganzen Pracht - die das Auge aber erst nach Minuten der Adaption wahrnimmt. Denn etwas anderes als die Sterne leuchten dort nicht. Autos dürfen auf dem Gelände allenfalls mit Standlicht fahren, und auch für die am Fuße des Paranal gelegenen Versorgungsanlagen gilt absolutes Verdunkelungsgebot. In der Residencia, dem konfortablen Wohngebäude für die Astronomen und Techniker, klappern Dienstmädchen jeden Abend alle 107 Zimmer ab, um sicherzustellen, dass überall auch ja die lichtdichten Jalousien heruntergelassen sind.
„Ich bin nicht gut in Sternbildern“, gesteht Spyromilio. „Ich bin Physiker und nur aus Versehen zur Astronomie geraten.“ Es ist auch nicht einfach. So viele Sterne wimmeln da am Firmament, dass selbst vertraute Konstellationen wie der Orion kaum wiederzuerkennen sind. Die Promis an diesem Himmel sind zweifellos die beiden Magellanschen Wolken, zwergenhafte Satellitengalaxien unserer Milchstraße. In der größeren wurde die Menschheit 1987 zum ersten Mal im Teleskopzeitalter Zeuge einer nahen Supernova.
Physiklabor und schöne Bilder
Blicken Astronomen anders zum Firmament? „Für mich ist es vor allem ein Physiklabor“, sagt Spyromilio. „Klar, die Teleskope machen auch schöne Bilder.“ Vor allem aber helfen sie uns, das Universum zu verstehen. Oder eben zu erkennen, wie wenig wir es verstehen - siehe Dunkle Energie. „Wir hatten enorme Zweifel“, erinnert er sich an die Veröffentlichung vor zehn Jahren. „Immer wieder hatten wir uns gefragt: Sind wir uns dieser Daten wirklich sicher? Aber wir hatten keine Wahl, sowenig wir das Ergebnis mochten. Denn eine kosmologische Konstante, das ist ein Horror.“
Unten im Kontrollraum ist inzwischen ein weiterer Datenpunkt fertig. „Es ist eine Ia!“, ruft Bruno Leibundgut gegen zwei Uhr früh. Die Daten zweier weiterer möglicher Supernovae sind aufgenommen und harren nun der Analyse. Später wird sich herausstellen, dass auch diese echte Ia-Supernovae waren. Unterm Strich waren es damit fünf von sieben Kandidaten - Leibundgut und Spyromilio sind mit dieser Nacht äußerst zufrieden.
Fünf Datenpunkte. Es sind für sich keine Sensationen, gewiss, keine bunten Nebel und keine neuen Planeten. Aber es sind fünf Datenpunkte, die - zusammen mit Hunderten anderer - so oder so einmal dazu beitragen könnten, dass der Horror vor der kosmologischen Konstante einem tieferen Verständnis weicht, oder besser gesagt: einem Staunen auf höherem Niveau.
Text: Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung
Bildmaterial: Eso, F.A.Z., F.A.Z., EADS, F.A.Z.-Döring, Palomar Observatory, Caltech Astronomy, Keck Observatory, TMT Observatory, Carnegie Observatory, University of Michigan, University of Chicago
