Forschungsplattform für Messdaten aus der Tiefe des Universums
Plattform von HU und DESY macht den Datenstrom des neuen Weitfeldteleskops am Vera Rubin Observatory für Astrophysiker*innen weltweit zugänglich
Das Universum ist voller explosiver Ereignisse – zum Beispiel, wenn Sterne detonieren oder in der Nähe von Schwarzen Löchern auseinandergerissen werden. Sehr selten, etwa alle hundert Jahre, lassen sich solche Ereignisse mit bloßem Auge am Nachthimmel beobachten. In der Antike wurden sie als Zeichen der Götter verstanden, heute werden solche Ereignisse in der Astrophysik als Präzisionsmesssonden genutzt, um die Naturgesetze und Bausteine des Universums zu bestimmen, die etwa für die Bewegung ganzer Galaxien verantwortlich sind. Voraussetzung sind leistungsfähige Teleskope, die solche Ereignisse in entfernten Galaxien nachweisen können.
Neues Weitfeldteleskop vermisst das Universum mit bislang unerreichter Empfindlichkeit
Das Vera Rubin Observatory (VRO) hat nun ein neues Weitfeldteleskop auf dem Gipfel des Cerra Pachon in Chile in 2682 Meter Höhe in Betrieb genommen. Mit einem Durchmesser von 8,4 m vermisst das Teleskop das Universum mit bislang unerreichter Empfindlichkeit. Nun werden die gewaltigen Mengen an Daten, die dieses Teleskop aus den fernsten Regionen des Kosmos sammelt, der wissenschaftlichen Gemeinschaft in Echtzeit zugänglich gemacht. Dies geschieht über fünf Zugangsknotenpunkte – einer davon ist die AMPEL-Plattform. AMPEL wurde seit 2019 von der Arbeitsgruppe Experimentelle Astroteilchenphysik und Kosmologie (EAT) am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) entwickelt, um die Messdaten zu klassifizieren und so überhaupt für Forschende handhabbar zu machen. Gehostet wird die Plattform am Rechenzentrum des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) in Zeuthen.
Forschungsplattform liefert genaueste Klassifizierung der Daten
„Das neue Teleskop wird es uns erstmals ermöglichen, Zehntausende explodierender Sterne, die während Milliarden von Jahren im Laufe der Expansion des Universums entstanden sind, genau zu beobachten. Anhand dieser Daten können Astrophysiker*innen dann nicht nur die Entstehung des Universums nachzeichnen, sondern auch die Eigenschaften von Dunkler Materie und Dunkler Energie untersuchen, zwei mysteriösen Energiequellen, die die heutige Entwicklung des Universums dominieren“, sagt Dr. Jakob Nordin, der das Projekt an der HU leitet. „Angesichts der schieren Menge an Daten waren wir gezwungen, neue, auf Methoden des maschinellen Lernens basierende, Analysewerkzeuge zu entwickeln“, so Nordin weiter. „Daraus ist AMPEL entstanden – eine Plattform, auf der Wissenschaftler ihre Fragestellungen direkt als Analyseschema kodieren können.“ Durch die automatisierte Klassifizierung der Messdaten können Forschende gezielt Daten zu den Ereignissen herausfiltern, die sie für ihre Untersuchungen benötigen. AMPEL liefert Tests zufolge im Vergleich mit anderen Zugangspunkten die genaueste Klassifizierung.
Die Verarbeitung der Daten und ihre Nutzung durch Wissenschaftler*innen weltweit stellt besondere Herausforderungen. Denn die Kamera des Teleskops ist so sensitiv, dass sie Nacht für Nacht Millionen von Lichtsignalen meldet. „Die meisten Meldungen, die wir vom VRO erhalten, sind auf die normale Variabilität von Sternen zurückzuführen, nur einige wenige kündigen einzigartige Ereignisse an“, sagt Dr. Jakob van Santen vom DESY. „Deshalb mussten wir die Plattform so programmieren, dass sie Flexibilität und Rechenleistung vereint und gleichzeitig die wissenschaftlichen Standards der Reproduzierbarkeit erfüllt.“
HU-Astrophysiker*innen nutzen neue Lichtmessungen aus dem Universum für die Erforschung von Neutrinos und Gravitationswellen
In der EAT-Arbeitsgruppe am Institut für Physik der HU und am DESY wurde nicht nur die Forschungsplattform für die Verarbeitung der Daten entwickelt, sie wird in Zukunft auch von dort aus gewartet. Darüber hinaus werden die Astrophysiker*innen die Daten für ihre Forschung nutzen – speziell für die Erforschung von Neutrinos aus dem Kosmos. Neutrinos sind elektrisch neutrale Teilchen, die seit kurzem auch als kosmische Botenteilchen genutzt werden. „Dank der vom IceCube-Observatorium in der Antarktis nachgewiesenen Neutrinos können wir inzwischen Quellen hochenergetischer Teilchenbeschleunigung sehen. Aber wir brauchen zusätzlich elektromagnetische Informationen, also Lichtsignale, wie sie vom VRO aufgezeichnet werden, um die genauen Orte der Entstehung zu bestimmen“, sagt Prof. Dr. Marek Kowalski, Leiter der EAT-Gruppe an der HU Berlin und Leitender Wissenschaftler am DESY. „AMPEL ermöglicht es uns nun, Datenströme von IceCube und VRO in Echtzeit zu vergleichen. Da Neutrinos große Entfernungen im Weltraum zurücklegen können, benötigen wir Observatorien mit der Tiefe des VRO, um nach dem optischen Gegenstück suchen zu können. Das Besondere ist, dass wir mit denselben Methoden auch nach den Quellen von Gravitationswellen suchen können.“
Ob dieses neue Teleskop durch seine tiefgehenden Messungen tatsächlich unerwartete Ereignisse im Universum sichtbar machen wird, bleibt abzuwarten. „Die Geschichte zeigt aber, dass mit jeder neuen Generation von Teleskopen bislang unbekannte Phänomene auftauchen. Denn sie können das Universum nach immer weiter entfernten und selteneren Ereignissen absuchen“, sagt Jakob Nordin. „Wer weiß, was wir dieses Mal finden werden.“
Weiterführende Informationen:
- Pressemitteilung des Vera Rubin Observatory
- Website der Arbeitsgruppe Experimentelle Astroteilchenphysik und Kosmologie (EAT) am Institut für Physik der HU
Kontakt:
Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Physik
Experimentelle Physik, Experimentelle Astroteilchenphysik - DESY (S)
Prof. Dr. Marek Kowalski
+49 30 2093-7635
marek.kowalski(at)desy.de
Dr. Jakob Nordin
Wissenschaftliche/r Mitarbeiter/in
+49 30 2093-7973
jnordin(at)physik.hu-berlin.de
HU-Pressemitteilung vom 26.02.2026