Ein Team von Astronom:innen, angeführt vom Imperial College London und der britischen Regierungsbehörde STFC RAL Space, hat die bislang tiefste jemals erstellte Karte des Universums im fernen Infrarotbereich vorgestellt. Das „Herschel-SPIRE Dark Field“ ist fünfmal tiefer als die bisher tiefste Herschel-Beobachtung und eröffnet vollkommen neue Einblicke.

Sie könnte das Fehlen einer ganzen Galaxienpopulation aufdecken, die das kosmische Energiebudget – also die Gesamtmenge an Energie, die das Universum abstrahlt – vollständig erklären würde. Das kosmische Energiebudget umfasst sämtliche Formen von Energie, die aus Sternen, Galaxien, Schwarzen Löchern und anderen kosmischen Phänomenen stammen. Eine wichtige Rolle spielt dabei jene Energie, die von Galaxien in Form von Licht abgegeben wird, insbesondere im Infrarotbereich.

Die nun vorgestellte bahnbrechende Entdeckung wurde durch die Daten des Herschel-Weltraumteleskops ermöglicht, das von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) betrieben wurde. Herschel, das sich von 2009 bis 2013 im Orbit befand, war das größte und leistungsfähigste Infrarot-Weltraumteleskop seiner Zeit.

Die Wissenschaftler:innen stapelten 141 Einzelbilder von Herschels Spire-Kamera übereinander, um eine Tiefenschärfe zu erreichen, die weit unterhalb der Wahrnehmungsschwelle liegt – so konnten sie bislang unsichtbare Details des Himmels beobachten.

Die Spire-Kamera war eines der Instrumente des Herschel-Weltraumteleskops und wurde speziell für Beobachtungen im fernen Infrarotbereich entwickelt. Sie ermöglichte es, Galaxien und andere kosmische Objekte zu beobachten, die für optische Teleskope unsichtbar sind.

Heute übernimmt das James Webb Space Telescope (JWST), das 2021 in den Orbit ging, viele der wissenschaftlichen Aufgaben von Herschel. Mit einer noch höheren Auflösung und erweiterten Wellenlängenbereichen setzt das JWST die Arbeit fort, die Herschel begonnen hat.

Die neue Karte aus den Herschel-Daten legt die Existenz bisher „verborgener“ Galaxien nahe. Diese könnten weit mehr Energie abstrahlen, als wir bislang angenommen haben. Ihr Licht könnte genug Energie liefern, um die bisher unerklärte Energiequelle im Universum zu füllen, die im Bereich des langen Infrarotlichts liegt. Diese Entdeckung könnte bestehende Modelle zur Entwicklung und Anzahl von Galaxien infrage stellen und dazu führen, dass sie neu bewertet werden müssen.

Bei genauem Hinsehen wird klar, wieso die Entdeckung nicht früher kam. In der Aufnahme verschmelzen die schwächeren Galaxien aufgrund der extremen Tiefe fast mit dem Hintergrundlicht. Das bedeutet, dass einige der gefundenen Galaxien möglicherweise zu „leise“ sind, um sie mit herkömmlichen Methoden zu entdecken.

Mit „leise“ sind Galaxien gemeint, deren Helligkeit so gering ist, dass sie mit traditionellen Methoden schwer zu erkennen sind. Besonders bei sehr tiefen Aufnahmen verschwimmen diese Galaxien im Hintergrundrauschen.

Die Frage ist nun, ob diese Erkenntnisse die astronomische Wissenschaft revolutionieren werden. In einer Presseveröffentlichung beschreibt Dr. Chris Pearson die neue Kartierung als „das bisher tiefste Eindringen in den kosmischen Raum – und zwar weit unterhalb dessen, was wir bisher für möglich hielten“. Dr. Pearson ist der Hauptautor einer jüngst in den Monthly Notices of the Royal Astronomic Society erschienenen Studie zum Thema.

Doch was passiert, wenn sich die These „verborgener“ Galaxien bewahrheitet? Wird dies zu einer völligen Überarbeitung unserer Vorstellung vom Universum führen? Auf diese Antworten müssen wir noch warten, weil die Forscher:innen zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht abschließend bestätigen können, ob es sich bei den „verborgenen“ Galaxien tatsächlich um eine bisher unbekannte Galaxienpopulation handelt.

Zwar deutet die Analyse auf diese Möglichkeit hin, doch weitere Untersuchungen und Messungen sind notwendig, um diese Hypothese zu verifizieren. Sollte es so sein, dürfte sich unser Verständnis von Raum und Zeit für immer verändern.

Sollte es nicht so sein – ebenfalls. Denn wenn es sich nicht um „verborgene“ Galaxien handelt, könnten die beobachteten Signale auch von anderen bisher unbekannten kosmischen Objekten oder Phänomenen stammen, die nicht vollständig erforscht sind.

So könnte es sich beispielsweise um neue Arten von Objekten im Universum handeln, die ähnliche Merkmale wie Galaxien aufweisen, aber aus anderen Gründen nicht wie gewohnt beobachtet werden können. Sollte dies wiederum der Fall sein, würde dies das Verständnis von Galaxien und deren Entwicklung auch in eine völlig neue Richtung lenken und weitere Forschungen anregen.

Eines scheint jedoch sicher: Das, was wir bisher sehen können, ist wohl nur die Spitze des Eisbergs. Um wirklich zu verstehen, wie das Universum funktioniert, ist die Suche nach seinen bislang für uns unsichtbaren Teilen wohl essenziell.

Besonders das frühestens für 2031 geplante Prima-Weltraumteleskop, unterstützt durch ein Konsortium britischer Institutionen, darunter RAL Space und das Imperial College London, könnte diese neuen Entdeckungen weiterführen. Prima (Probe far-Infrared Mission for Astrophysics) wird mit einem 1,8-Meter-Teleskop ausgestattet sein, das speziell für die Infrarotbildgebung und Spektroskopie im fernen Infrarotbereich optimiert ist. Diese Mission soll die Lücke zwischen bestehenden Observatorien wie dem James Webb Space Telescope und Radioteleskopen schließen.