Projektbeschreibung

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Wissenschaftliche Ziele

Die wichtigsten Fragen der modernen Kosmologie können folgendermaßen simplifiziert werden: Was sind die Anfangsbedingungen unseres Universum? Was ist die Natur der Gravitation? Wie entsteht die beschleunigte Expansion und was ist der Ursprung von Dunkler Energie und Dunkler Materie?


Euclid
ist eine Satellitenmission, prädestiniert zur Untersuchung der Ursache der beschleunigten Expansion des Universums, der Natur der dunklen Energie sowie Materie und Gravition mittels genauer Analyse von beobachtbaren Signaturen in der Geometrie und in der kosmischen Strukturbildung. Euclid umfasst eine großskalige Fläche der Strukturbildung über einen kosmischen Zeitraum der letzten 10 Milliarden Jahre, d.h. über mehr als 75% des Alters des Universums. Die Mission ist optimiert für zwei unabhängige primäre kosmologische Untersuchungen: Weak gravitational Lensing (WL) und Baryonic Acoustic Oscillations (BAO).

(1.) Weak gravitational lensing (WL):

Abb. 1. Kartographieren der Materie durch den EUCLID-Satelliten mit Hilfe von Weak lensing.
Abb. 1. Kartographieren der Materie durch den EUCLID-Satelliten mit Hilfe von Weak lensing.

Die eigentlich Idee von Weak lensing ist die Ablenkung des Lichts kommend von einer Hintergrundquelle (z.B. einer Galaxie) in Präsenz einer Masse zwischen Beobachter und Quelle (siehe Abb. 1). Das Bild des Hintergrundobjektes wird verstärkt und zur Vordergrundmasse hin gedehnt. Beschrieben wird dies durch die sogenannten Konvergenz (convergence) und Scherr (shear) Terme. Unter der Annahme, dass Galaxien keine bevorzugte Orientierung im Raum besitzen, erlaubt eine statistische Abschätzung der Anordnung von verschiedenen Hintergrundobjekten (deren entsprechende Lichtpfade beeinflußt werden durch lensing aufgrund des Vordergrundobjektes), eine Bestimmung der Vordergrundmasse. Eine Verwendung von Hintergrundgalaxien aus verschiedenen Rotverschiebungen - also Distanzen - ermöglicht so eine räumliche Ausbreitung und erlaubt es die Massenverteilung entlang der Distanzachse zu messen. Instrumentelle und Atmosphärische Effekte hingegen führen zu einem zusätzlichen "Verschmieren" der beobachteten Bilder. Zwangsläufig muß daher die entsprechende Point Spread Function (PSF) entsprechend korrigiert werden. Zum Beispiel muß die räumliche Variabilität der PSF Elliptizität über ein Sichtfenster (Field of View - FoV) von 50 arcmin2 unterhalb von 10-4 liegen.

(2.) Baryonische akustische Oszillationen (BAOs):

Abb. 2. Baryonische akustische Oszillationen im frühen Universum induzieren eine bestimmte Längenskala, die Horizontlänge.
Abb. 2. Baryonische akustische Oszillationen im frühen Universum induzieren eine bestimmte Längenskala, die Horizontlänge. [weniger]

BAOs können als eine invariante Längenskala verstanden werden, eingeprägt während den frühen Phasen des Universums und bis heute nachweisbar in der sichtbaren Materie (siehe Abb. 2). Während dieser frühen Epoche war das Universum erfüllt von einem heißen Plasma bestehend aus Photonen und Baryonen (d.h. Protonen und Neutronen), welche zu diesem Zeitpunkt noch gekoppelt waren. Die unterliegenden Dichtefluktuationen resultierten in überdichte Regionen, die weitere Materie aufgrund von Gravitation ansammelte. Dies führte zu einer Erhöhung des Drucks, welcher dem Gravitationssog entgegenwirkte und Oszillationen innerhalb des Plasmas zur Folge hatte. Diese Oszillationen gleichen Schallwellen aufgrund von Druckunterschieden in der Luft. Der entsprechende Schallhorizont besitzt eine spezielle Länge, welche für kosmologische Studien genutzt werden kann. Zum Beispiel ist diese Länge in Karten der kosmologischen Hintergrundstrahlung, repräsentativ für die Ära von Materie und Strahlungsentkopplung, abgedruckt. Vermessung der großskaligen Materieverteilung im Universum während unterschiedlichen Epochen (Rotverschiebungen) ermöglicht es die Entwicklung des Schallhorizonts über Raum und Zeit zu verfolgen. Die Anforderungen für diese wissenschaftlichen Studien mit BAOs verlangen eine gute Beobachtungstiefe und spektroskopische Genauigkeit bei der Bestimmung der Rotverschiebungen von Galaxien.

 

 
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