Planck – CMB Surveyor auf Erfolgskurs
Als am Dienstag vergangener Woche die Europäische Weltraumorganisation ESA und die Projektwissenschaftler der Planck-Mission zur Pressekonferenz in Paris luden, hatten sie nur Erfolge zu vermelden. Das Kerngeschäft des jüngsten Weltraumteleskops ist fundamentale Physik, die Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich, die gerne als „Echo des Urknalls“ bezeichnet wird.
Nach der Veröffentlichung des ersten All Sky Survey im Sommer 2010, wurde am 11. Januar 2011 der Early Release Compact Source Catalogue vorgestellt. Die Planck-Wissenschaftler zeigen darin die Inventur der „kältesten“ Strahlungsquellen galaktischer und extragalaktischer Herkunft, einen Katalog von 15.000 Himmelsobjekten, darin enthalten Galaxienhaufen, Quasare, Radiogalaxien, Nachbargalaxien, die Auflösung des diffusen Mikrowellenvordergunds galaktischer Staubwolken, sowie die bisher genaueste Vermessung des fernen Infrarothintergrundes, welcher die Stern- und Galaxienbildung im frühen Universum anzeigt.
Early Release Compact Source Catalogue, Quelle: ESA/Planck Collaboration
Die Planck-Mission wurde am 14. Mai 2009 zusammen mit dem Infrarotteleskop Herschel erfolgreich mit einer Ariane 5 ECA gestartet. Beide Satelliten wurden in besondere Bahnen um den für sehr tiefe astronomische Durchmusterungen exzellent geeigneten Lagrange-Punkt L2 des gravitativen Systems von Erde und Sonne transferiert, der optimale thermische Bedingungen für die Infrarot- und Mikrowellenastronomie bietet. Das primäre Missionsziel waren zwei komplette Himmelsdurchmusterungen, die einer Primärdauer von 15 Monaten entsprach. Das Weltraumteleskop durchmustert ca. alle sechs Monate den kompletten Himmel. Der dritte Scan dieser Art wurde zum Zeitpunkt der jüngsten Veröffentlichung abgeschlossen. Inzwischen befindet sich das Projekt in einer ersten Missionsverlängerung und die Spezialisten gehen davon aus, bis Ende 2011 insgesamt vier komplette Scans mit allen beiden Instrumenten des Teleskops, dem Low Frequency Instrument (LFI) und dem High Frequency Instrument (HFI), abschliessen zu können. Eine weitere Verlängerung der Mission bis Ende 2012, nach dem absehbaren Ausfall der Kühlung für das HFI, mit dem LFI allein ist bereits beschlossen. Bis Ende des Jahres wird das HFI noch der konkurrenzlos kälteste Ort im Universum sein, mit einer Temperatur von 0.1 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt.
Cosmic Infrared Background, Quelle: ESA/Planck Collaboration
Der „First Light Survey“ über zwei Wochen im August 2009 diente dem finalen Test und der Kalibrierung der Instrumente. Die ersten beiden „All Sky Surveys“ der regulären Mission mit einer 100% Abdeckung führten zur Veröffentlichung im Sommer 2010. Im Januar 2010 wurde die erste Verlängerung der Planck-Messungen beschlossen. Mit der dritten abgeschlossenen Durchmusterung liegen jetzt die ersten detaillierten Analysen der Daten vor. Die jetzt vorliegenden Auswertungen sind noch astronomisches und astrophysikalisches Beiwerk des eigentlichen Missionsziels. Nach derzeitigem Planungsstand wird die erste reine Kartierung des CMB Anfang 2013 vorliegen, wenn die „Verunreinigungen“ durch die Vordergrundquellen aus den Daten herausgerechnet sind.
Zu den wichtigsten Erkenntnissen zählen bisher die Kartierung und Vermessung von ca. 15.000 kompakten Strahlungsquellen, die aus Galaxienhaufen, Quasaren, Radiogalaxien, Nachbargalaxien und galaktischen Staubwolken bestehen. Die Planck-Daten ermöglichen die Trennung von Komponenten der beobachteten diffusen Vordergrundstrahlung. Hierzu trägt insbesondere die exakte Analyse der „anormalen Mikrowellenemission“ bei, die von schnell rotierenden elektrisch geladener Staubteilchen verursacht wird, und aus bisher durchgeführten Mikrowellendurchmusterungen nicht ausreichend genau abgezogen werden konnte. Planck fügte der Inventur von Galaxienpopulationen im jungen Universum, ca. 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall, durch die bisher einzigartige Durchmusterung des Ferninfrarothintergrunds zahlreiche durch Staub verdeckte ungewöhnlich aktive Galaxien hinzu. In diesen werden Sterne mit einem Faktor 103 bis 104 höherer Rate produziert als in den in die Jahre gekommenen Sternsystemen wie unserer Milchstrasse. Messungen dieser Art waren vor Planck in diesem Wellenlängenbereich nicht möglich.
PLCK-G214.6+37.0, Quelle: ESA/Planck Collaboration
Fundamentale Astrophysik ist auch der Nachweis von Galaxienhaufen mit dem Sunyaev-Zeldovich Effekt, der auf diesen Winkelskalen und für den gesamten Himmel erstmals mit Planck möglich war. Das Weltraumteleskop bestätigte auf diesem Weg 189 dieser massiven Cluster und endeckte 30 neue dieser grössten Strukturen im Universum. Der Sunyaev-Zeldovich Effekt beruht auf der Wechselwirkung der CMB-Photonen mit dem ultraheissen intergalaktischen Gas in diesen Galaxienhaufen, die sich dadurch als „Schatten“ vor dem Hintergrund abzeichnen. Einige dieser Objekte wurden bereits durch das bewährte europäische Röntgen-Weltraumteleskop XMM-Newton bestätigt.
Die Identifikation und Auflösung dieser astronomischen Objekte wird erst dadurch erreichbar, weil die Empfänger von Planck den Himmel in neun verschiedenen Frequenzen abtasten, die in einem Bereich zwischen hochfrequenter Radiostrahlung bei 30 Gigahertz (GHz) bis zum niedriger frequenten Ferninfrarot bei 857 GHz liegen. Nur durch diese Kombination ist auch erst gewährleistet, dass die Wissenschaftler die Daten der Himmelsdurchmusterungen um diese strahlenden Vordergrundquellen bereinigen und den anvisierten kosmologischen Mikrowellenhintergrund freilegen können. Planck wird am Ende seiner Mission den CMB mit einer dreimal höheren Winkelauflösung (5 anstelle 15 Bogenminuten) und einer fünfmal höheren Temperaturauflösung darstellen können als die bisher genaueste Vorgängermission Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Insgesamt wird Planck fünzehnmal mehr Daten liefern und einen breiteren Wellenlängenbereich abdecken. Welche Arbeit den Missionsspezialisten in den nächsten zwei Jahren noch bevorsteht und welche Ergebnisse im Januar 2013 zu erwarten sind, erklärten laienverständlich Jan Tauber, Marco Bersanelli und Jean-Michel Lamarre in einem dreiteiligen Beitrag in der Februarausgabe 2008 von Sterne und Weltraum (open access). Neben den wissenschaftlichen Zielen stellen die Autoren auch die technologische Entwicklung dar, die für die Planck-Mission erforderlich war und die Grundlage dafür ist, dass das Weltraumteleskop die entscheidenden wissenschaftlichen Steigerungen gegenüber ihren Vorgängermissionen erreichen kann. Bereits jetzt zeichnet sich ab, dass die Planck-Daten weitreichende Schlussfolgerungen über Alter, Struktur und Zusammensetzung des Universums sowie seinen Ursprung ermöglichen werden. Die papers zum Stand des „Early Release Compact Source Catalogue“ werden demnächst im Fachjournal Astronomy & Astrophysics (A&A) veröffentlicht.
- Diskutiere über die Planck-Mission und die Veröffentlichung des „Early Release Compact Source Catalogue“ auch im Forum Alpha Centauri!
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Planck-Daten müssen wohl 2014 nochmal geprüft werden.
Man vermutet systematische Probleme im 217-GHz-Bereich.
Laut spektrum.de wäre dann bessere Übereinstimmung mit WMAP.