Max-Planck-Gesellschaft und deutsche Forschungseinrichtungen starten innovatives Citizen-Science-Projekt zur Erforschung dunkler Materie

Einführung in das Projekt „Space Warps“

Das neue Citizen-Science-Projekt „Space Warps“, das auf der Plattform Zooniverse durchgeführt wird, bietet der breiten Öffentlichkeit die Möglichkeit, sich aktiv an der Suche nach seltenen und schwer erkennbaren starken Gravitationslinsen zu beteiligen. Dieses Projekt basiert auf bisher unveröffentlichten Aufnahmen des Weltraumteleskops Euclid der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).

Ziele des Projekts

Das Hauptziel von „Space Warps“ besteht darin, neue Erkenntnisse über die dunkle Materie in Galaxien zu gewinnen und Hinweise auf die mysteriöse dunkle Energie zu liefern. Gravitationslinsen sind dabei ein faszinierendes Phänomen, das nicht nur in Science-Fiction-Werken wie Star Trek oder Interstellar thematisiert wird, sondern auch in der realen Wissenschaft eine bedeutende Rolle spielt.

Wie Gravitationslinsen funktionieren

Die enorme Masse eines Objekts, wie einer Galaxie oder eines Galaxienhaufens, verzerrt die Struktur der Raumzeit und beugt die Lichtstrahlen entfernter Galaxien. Diese Krümmung lässt die Vordergrundgalaxie wie eine Lupe wirken, wodurch das Licht des Hintergrundobjekts, das normalerweise verdeckt bliebe, sichtbar wird. Dies kann zu Mehrfachbildern, verzerrten Bögen oder sogar einem vollständigen Ring – dem sogenannten „Einsteinring“ – führen, der kürzlich von Euclid entdeckt wurde.

Die Rolle des Euclid-Weltraumteleskops

Das Weltraumteleskop Euclid revolutioniert die Untersuchung starker Gravitationslinsen durch hochempfindliche Aufnahmen weiter Himmelsareale in beispielloser Detailtiefe. Diese Detailgenauigkeit ist entscheidend, um die seltenen Gravitationslinsen zu identifizieren. Im März 2025 wurden in der ersten Veröffentlichung (Quick Data Release 1, Q1) fast 500 starke Linsen zwischen Galaxien identifiziert, die sich in nur 0,04 % der bisherigen Euclid-Daten versteckten, von denen die meisten zuvor unbekannt waren.

Die Zusammenarbeit von Bürgerwissenschaftlern und Fachleuten

Dieser erste Katalog wurde durch die Kombination von Bürgerwissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, maschinellem Lernen (ML) und Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern erstellt. Während Euclid weiterhin Himmelsdurchmusterungen durchführt und täglich etwa 100 Gigabyte an Daten zur Erde sendet, wird erneut die Unterstützung von Bürgerwissenschaftlern benötigt, um starke Gravitationslinsen in einem umfangreichen Datensatz zu identifizieren.

Teilnahme am Projekt

Das Space-Warps-Team hat ein Citizen-Science-Projekt initiiert, das auf neuen Euclid-Aufnahmen basiert, die Bestandteil der künftigen Datenveröffentlichung „Data Release 1“ (DR1) sein werden. Da diese Daten noch nicht öffentlich zugänglich sind, bietet die Teilnahme an dem Projekt die exklusive Gelegenheit, vorab einen Blick auf die neuen Galaxienbilder des Teleskops zu werfen.

Auswahl und Identifikation von Linsenkandidaten

Insgesamt werden rund 300.000 Bilder gezeigt, die mittels ML-Algorithmen vorselektiert wurden. Diese Auswahl basiert auf den Ergebnissen der ersten Euclid-Suche nach starken Linsen und umfasst die vielversprechendsten Kandidaten aus einer beeindruckenden Menge von 72 Millionen Galaxien in DR1. Fachleute erwarten, dass dieser herausragende Datensatz zur Entdeckung von mehr als 10.000 neuen Linsen führen wird.

Wissenschaftliche Bedeutung der Entdeckungen

Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching waren entscheidend an der Selektion der Daten für das Projekt „Space Warps“ beteiligt. Um die Erfassung ferner Galaxien durch die Milchstraße zu ermöglichen, müssen störende Objekte wie Sterne, Nebel und andere Phänomene identifiziert und aus dem Katalog entfernt werden.

„Beim ersten Durchlauf mit den Q1-Daten reduzierte dieser Schritt 29 Millionen Objekte auf lediglich eine Million, die anschließend mittels maschinellem Lernen und menschlicher Begutachtung genauer untersucht wurden“, erklärt LMU-Doktorand Leon Ecker.

Optimierung der Datenauswahl

Gemeinsam mit seinen Kollegen stellte Ecker fest, dass die ursprüngliche Auswahl zu grob gefasst war. Durch ein verfeinertes Verfahren identifizierten sie 27.000 zusätzliche Kandidaten, was zur Entdeckung von 72 weiteren starken Gravitationslinsen führte. Dies entspricht 14 Prozent der Gesamtfunde von fast 600 Objekten.

Die Mission von Euclid

Die Euclid-Mission untersucht die Expansion des Universums und die Entwicklung seiner Strukturen über die kosmische Geschichte hinweg, primär durch den schwachen Gravitationslinseneffekt und baryonische akustische Oszillationen. Starke Gravitationslinsen tragen ebenfalls wertvoll zu diesen zentralen Fragestellungen bei, indem sie es ermöglichen, Galaxien und Galaxienhaufen präzise zu „wiegen“.

„Der Erfolg der Kombination von KI mit der visuellen Überprüfung durch Freiwillige und Forschende hat sich bei Space Warps bereits bewährt“, betont Aprajita Verma, Mitbegründerin von Space Warps und Projektleiterin an der Universität Oxford. „Der neue DR1-Datensatz ist dreißigmal umfangreicher als die ursprüngliche Suche. Zusammen mit unseren verbesserten Algorithmen erwarten wir, mehr als 10.000 hochwertige Linsenkandidaten zu finden. Das ist mehr als das Vierfache der Anzahl an Linsen, die seit der Entdeckung der ersten Gravitationslinse vor fast 50 Jahren insgesamt gefunden wurden.“

Euclid: Das Herzstück der Forschung

Euclid wurde im Juli 2023 gestartet und nahm am 14. Februar 2024 den wissenschaftlichen Routinebetrieb auf. Ziel der Mission ist es, den verborgenen Einfluss von dunkler Materie und dunkler Energie auf das sichtbare Universum zu entschlüsseln. Über einen Zeitraum von sechs Jahren wird Euclid die Formen, Entfernungen und Bewegungen von Milliarden von Galaxien bis zu einer Entfernung von 10 Milliarden Lichtjahren untersuchen.

Die europäische Zusammenarbeit

Euclid ist eine europäische Mission, die von der ESA gebaut und betrieben wird, mit Beiträgen der NASA. Das Euclid-Konsortium besteht aus über 2000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 300 Instituten in 15 europäischen Ländern sowie den USA, Kanada und Japan. Die ESA wählte Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für den Bau des Satelliten und seines Servicemoduls; Airbus Defence and Space wurde mit der Entwicklung des Nutzlastmoduls, einschließlich des Teleskops, beauftragt. Die NASA lieferte die Detektoren für das Nahinfrarot-Spektrometer und -Fotometer (NISP).

Deutschland ist mit Instituten wie dem Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching sowie der Ludwig-Maximilians-Universität München und anderen an dem Euclid-Projekt beteiligt. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR koordiniert die deutschen ESA-Beiträge und fördert die beteiligten deutschen Forschungsinstitute mit 60 Millionen Euro aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm.

Schlussfolgerung

Durch die Kombination von modernster Technik und der Zusammenarbeit von Bürgerwissenschaftlern wird „Space Warps“ entscheidende Fortschritte bei der Erforschung dunkler Materie und der Struktur des Universums ermöglichen. Die Entdeckungen, die aus diesem Projekt hervorgehen, könnten unser Verständnis des Universums erheblich erweitern.