Im November 2024 hat die Europäische Weltraumorganisation ESA auf Youtube ein Video veröffentlicht, das hineinzoomt in das erste Prozent der Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops Euclid. Es war bereits nach kurzer Zeit eins der meistgeklickten Videos der ESA. Menschen kommentieren darunter, sie seien zu Tränen gerührt. Warum, glauben Sie, ist das so?

Valeria Pettorino: Ich bekomme beim Anblick auch eine Gänsehaut. Ich denke, es hat damit zu tun, dass man schon in dieser kurzen Sequenz eine Idee davon erhält, wie unvorstellbar groß das Universum ist. Das Video eröffnet eine völlig neue Perspektive. Es geht nicht nur um die Erde. Nicht nur um unser Sonnensystem. Nicht einmal nur um unsere Milchstraße. Sondern weit darüber hinaus. Im Universum geht es um Entfernungen, die wir in unserem täglichen Leben nicht gewohnt sind. Man hat ein bisschen das Gefühl, man wird in eine fremde Welt hineingesogen. Bloß, dass es nicht Fiktion ist, sondern Realität. Euclid gibt uns einen Hinweis darauf, was es da draußen noch alles zu entdecken gibt. Und all diese Sterne und Galaxien zu sehen, ist einfach unfassbar schön.

Sie sind seit 2007 Mitglied des Euclid-Konsortiums – lange bevor sich das Teleskop auf den Weg ins All gemacht hat. Wie haben Sie die verschiedenen Stadien der Reise erlebt?

Als ich mich der Mission anschloss, bestand sie noch aus zwei verschiedenen Anträgen: Dune, der Dark Universe Explorer, und Space, der Spectroscopic All Sky Cosmic Explorer. Die beiden Konzepte wurden nach einer Bewertungsphase zu einer gemeinsamen Mission zusammengefasst, die dann unter dem Namen Euclid im Juni 2012 offiziell von der ESA angenommen wurde. Zu der Zeit war ich bereits als theoretische Kosmologin tätig und habe mich vor allem mit der Frage beschäftigt, welche geheimnisvolle Kraft das Universum auseinandertreibt. Die Dunkle Energie wurde nämlich erst Ende der 1980er Jahre von Christof Wetterich, einem Physiker an der Universität Heidelberg, postuliert. Als dann Ende der 1990er Jahre aus Beobachtungen von Supernovae geschlossen wurde, dass das Universum tatsächlich beschleunigt expandiert, steckte ich noch mitten im Studium. Diese mysteriöse Kraft hat meine Neugier geweckt. Nach etlichen weiteren Stationen in Valencia, Turin, Triest, Heidelberg – wo ich mit Professor Wetterich zusammenarbeiten durfte –, New York, Genf und Paris bin ich inzwischen hier im niederländischen Noordwijk gelandet im Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum ESTEC.

Wow, da sind Sie aber ganz schön herumgekommen …

Ja, das ist der Nachteil in der Wissenschaft: Feste Stellen sind rar. Zwischen dem Ende meiner Doktorarbeit im Jahr 2005 und meiner ersten richtigen Festanstellung in Paris im Jahr 2016 bin ich zehnmal umgezogen.

Schon am CEA Paris-Saclay sind Sie näher an die experimentellen Daten gerückt und haben sich etwas von der theoretischen Kosmologie entfernt – nun bei der ESA erst recht. Warum?

Ich bin immer noch eine theoretische Kosmologin. Aber mit der Zeit habe ich versucht, auch von Gruppen mit anderem Fachwissen zu lernen. Ich mag es daher sehr, wenn ich Menschen mit sich ergänzenden Fähigkeiten helfen kann, zusammenzuarbeiten – und so schließlich aus der Theorie Praxis wird.

»Ich hatte zwischenzeitlich Sorge, ich sei weder eine gute Theoretikerin noch eine gute Praktikerin, weil ich ständig zwischen den Stühlen saß«

Die Kollegen von Table.Media haben Sie mal »die praktische Theoretikerin« genannt.

Ja, das passt (lacht). 16 Jahre lang mussten wir im Euclid-Konsortium mit simulierten Daten arbeiten. Das ist wichtig, weil man sich ja vorab überlegen muss, wie die Messinstrumente auszusehen haben, damit sie tatsächlich das messen, was sie sollen. Doch irgendwann habe ich echte Daten herbeigesehnt. Ich hatte zwischenzeitlich Sorge, ich sei weder eine gute Theoretikerin noch eine gute Praktikerin, weil ich ständig zwischen den Stühlen saß. Ich habe dann gemerkt, dass ich es als Kompetenz betrachten kann, dass ich die Theorie verstehe, aber ebenso mit den Ingenieuren und Astronomen sprechen kann. Ich möchte all diese verschiedenen Welten miteinander verbinden. Es hilft, wenn man versucht, den Standpunkt der jeweils anderen Seite zu verstehen. Seit ich als Projektwissenschaftlerin am ESTEC arbeite, bin ich sogar noch näher an die Praxis gerückt. Ich beobachte und unterstütze alle wissenschaftlichen Aktivitäten im Zusammenhang mit Euclid in enger Abstimmung mit dem ESA-Missionsmanager, dem ESA-Weltraumastronomiezentrum in Madrid und dem Euclid-Konsortium.

Wie hat Ihre Herkunft – Sie sind in Neapel geboren und aufgewachsen – Sie geprägt und beeinflusst?

Neapel ist eine Stadt, in der sich Schönheit und Chaos vermischen, egal wohin man schaut. Natürlich hatte das einen Einfluss auf mich. Die Landschaft ist beeindruckend, das Essen herausragend. Doch überall auf den Plätzen und in den Gassen ist es laut und unübersichtlich. Wenn man schon als Kind mit Chaos umgehen muss, lernt man, sich zu strukturieren und zu organisieren. Und man weiß, wie man mit unerwarteten Situationen umgeht. Neapel ist ein Geschenk und ein Fluch zugleich: Nichts hier ist leicht zu haben, man muss für alles kämpfen. Denn wenn man einmal etwas erreicht hat, geht man gestärkt daraus hervor. Ebenfalls wegweisend für mich war mein Onkel, ein theoretischer Physiker mit besonderer Expertise im Bereich der String-Theorie. Er hat mich mit Geschichten über zusätzliche Dimensionen inspiriert.

Lassen Sie uns etwas genauer auf die Mission schauen. Welche wissenschaftlichen Fragen soll Euclid beantworten helfen?

Euclid wurde entwickelt, um Licht ins dunkle Universum zu bringen, denn bislang können wir mit dem weithin akzeptierten Standardmodell der Elementarteilchenphysik nur fünf Prozent der im Universum enthaltenen Masse erklären. Wir wissen aber, dass es noch mehr geben muss als die sichtbare Materie – die so genannte Dunkle Materie. Sie unterliegt immer noch dem Einfluss der Gravitation, doch wir können sie nicht direkt beobachten; sie wirkt wie ein Klebstoff, der die Bildung von Strukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen ermöglicht. In den kommenden Jahren werden die Instrumente an Bord des Euclid-Teleskops Milliarden von Galaxien in einer Entfernung von bis zu zehn Milliarden Lichtjahren beobachten und mehr als ein Drittel des Himmels durchmustern. Während die Dunkle Energie die Ausdehnung des Universums beschleunigt und die Dunkle Materie das Wachstum der kosmischen Strukturen bestimmt, sind wir uns nach wie vor nicht sicher, was Dunkle Energie und Dunkle Materie eigentlich sind. Letztlich geht es also um die Frage: Wie ist das Universum entstanden und woraus besteht es?

Gegenwärtig gilt Einsteins kosmologische Konstante Λ in Fachkreisen als die bevorzugte Form der Dunklen Energie. Sie wurde zur allgemeinen Relativitätstheorie hinzugefügt, um Theorie und Beobachtungsdaten zusammenzuführen. Was ist sonst noch denkbar?

Oh, eine ganze Menge. Ich kann gar nicht sagen, wie viele theoretische Modelle und Überlegungen es dazu gibt, woraus Dunkle Energie bestehen könnte. Ein Vorschlag ist, die Dunkle Energie als Vakuumenergie des leeren Raums, die in der Quantenfeldtheorie auftritt, zu verstehen. Alternativ wird Dunkle Energie als die Wirkung eines zeitlich veränderlichen Skalarfelds angesehen, auch Quintessenz genannt. Wieder andere Forschungsgruppen sind der Überzeugung, dass die Schwerkraft selbst anders wirkt, als wir bislang vermuten, oder es könnte eine völlig neue, noch unbekannte Kraft für die beschleunigte Expansion verantwortlich sein. All das sind theoretische Überlegungen und hypothetische Simulationen, eben weil wir noch deutlich mehr Daten brauchen. Das wird sich jetzt mit Euclid hoffentlich ändern. Und vielleicht müssen wir völlig neue Erklärungsmodelle entwickeln.

»Es wäre definitiv aufregender, wenn wir Hinweise auf eine neue, noch unbekannte Kraft fänden«

Welche der verschiedenen Theorien favorisieren Sie am meisten und warum?

Zunächst einmal hoffe ich, dass es nicht auf die kosmologische Konstante hinausläuft. Verstehen Sie mich nicht falsch. Natürlich wäre es ein großer Erfolg, wenn wir die Theorie bestätigen könnten. Das Modell ist lange erprobt und einigermaßen einfach anwendbar, aber – aus der Perspektive einer theoretischen Kosmologin – auch etwas langweilig. Die kosmologische Konstante markiert unsere Epoche als eine ganz besondere Zeit innerhalb der Entwicklung des Universums. Die Dichte der Dunklen Energie war in der Vergangenheit, als das Universum noch kleiner war, praktisch vernachlässigbar im Vergleich zur Dichte der Dunklen Materie. In der Zukunft wird die Dunkle Energie jedoch dominieren, da die Dichte der Dunklen Materie mit der Ausdehnung des Universums abnehmen wird. Wir leben nun in der Epoche, in der die Dichte der Dunklen Energie und die Dichte der Dunklen Materie in etwa die gleiche Größenordnung haben. Vielleicht ist es Zufall, vielleicht sogar ein Hinweis darauf, dass mehr hinter dem Modell steckt.

Was denken Sie, was es ist?

Es wäre definitiv aufregender, wenn wir Hinweise auf eine neue, noch unbekannte Kraft fänden. Denn bislang löst jede neue Theorie ein paar Probleme, aber stellt auch neue Fragen.

Und wie steht es um Erkenntnisse zur Dunklen Materie?

Auch da gibt es noch viele offene Fragen. Beobachtungen und Messungen haben in der Vergangenheit ergeben, dass sich beispielsweise die äußeren Sterne unserer Milchstraße viel schneller bewegen als ursprünglich errechnet. Man geht daher davon aus, dass das Universum aus viel mehr Materie bestehen muss als bloß den sichtbaren Himmelskörpern. Mit dem Weltraumteleskop Planck konnte gezeigt werden, dass dunkle Materie außerdem die Form und Amplitude der Oszillationen im kosmischen Mikrowellenhintergrund verändert. Es wurden schon viele hypothetische Teilchen als Bestandteile der Dunklen Materie diskutiert, dazu zählen Axionen und WIMPs. Ein experimenteller Nachweis ist bislang aber noch nicht geglückt. Euclid soll sich nun die Verteilung der Galaxien im All anschauen und über den so genannten schwachen Gravitationslinseneffekt kleinste Verzerrungen sichtbar machen. So hoffen wir den unsichtbaren Filamenten auf die Spur zu kommen, entlang derer sich der Theorie nach die Masse im All verteilt.

»Wenn das Teleskop einmal unterwegs ist zu seinem Platz im Weltall, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, kann man keine lockere Schraube mehr festziehen«

Die Mission lief nicht durchgehend reibungslos. Was waren die größten Hürden, die bislang genommen werden mussten?

Solche Großprojekte bergen natürlich immer gewisse Risiken. Es ist schon eine Herausforderung, das Experiment überhaupt zu entwerfen sowie die Instrumente und die Raumsonde zu bauen und zu testen. Aber wenn das Teleskop einmal unterwegs ist zu seinem Platz im Weltall, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, kann man keine lockere Schraube mehr festziehen. Die Möglichkeiten, etwas zu reparieren, sind sehr begrenzt. Es ging dann damit los, dass Euclid eigentlich schon Ende 2022 an Bord einer russischen Rakete von Kourou in Französisch-Guyana hätte starten sollen. Dann hat Russland die Ukraine angegriffen. Wir konnten Euclid erst 2023 mit einer Falcon-9-Rakete des Unternehmens SpaceX von Florida aus ins All bringen – also mit einem guten Jahr Verspätung. Als das Teleskop dann rund einen Monat später seinen Beobachtungsplatz erreicht hatte und wir die Instrumente anschalteten, stellten wir fest, dass ein Sensor, der für Stabilität sorgen soll, nicht richtig funktionierte. Und etwas später bemerkten wird, dass einige Spiegel von einer dünnen Eisschicht überzogen waren und das Signal deshalb sehr schwach war. Glücklicherweise konnten beide Probleme dank einer großen koordinierten Anstrengung von Industrie, Ingenieuren und Wissenschaftlern gelöst werden.

Wie haben Sie das geschafft?

Das mit der Eisschicht ist eine bekannte Herausforderung. Das ist schon bei anderen Missionen passiert und liegt daran, dass man so ein Teleskop hier auf der Erde nicht komplett frei von Wassermolekülen in die Trägerrakete packen kann. Indem wir aus der Ferne die Spiegel einzeln und behutsam aufgeheizt haben, konnten wir das Eis gezielt zum Verdunsten bringen. Im Fall des Fine Guidance Sensor zeigte eine Untersuchung, dass er durch hochenergetische Teilchen von der Sonne und aus der Milchstraße irritiert wurde. Offenbar missinterpretierte die Software diese Teilchen als Sterne. Darum hat das Teleskop sich immer wieder aus seiner Position weggedreht. Letztlich mussten Fachleute einen Algorithmus entwickeln, der die störenden Teilchenstrahlen herausfiltert. Und es funktioniert bislang hervorragend.

Kann man sich auf solche Vorfälle sinnvoll vorbereiten?

Schwierig, denn letztlich ist jede Mission, jedes Teleskop und jedes Bordinstrument anders. Und natürlich lernen wir aus Fehlern der Vergangenheit. Das Eisproblem kannten wir bereits von der Gaia-Mission, andere Probleme sind neu und erfordern kreative Lösungen. Deswegen ist es so wichtig, ganz unterschiedliche Expertisen zusammenzubringen – letztlich sind an der gesamten Euclid-Mission mehr als 3000 Menschen aus vielen Ländern und Disziplinen beteiligt.

Das Jahr 2023 stand ganz im Zeichen des Starts der Mission, und 2024 wurden die ersten Ergebnisse veröffentlicht. Was können wir von 2025 erwarten?

Euclid schickt uns jeden Tag mehr als 100 Gigabyte an Rohdaten. Das Teleskop ist extrem schnell und kann in einer Woche aufzeichnen, was andere Teleskope in 30 Jahren Laufzeit nicht beobachtet haben. All diese Daten müssen gesichtet und ausgewertet werden. Wir hoffen natürlich darauf, Objekte und Phänomene zu entdecken, die noch nie jemand zuvor gesehen hat – einfach, weil sie selten sind, man an anderen Stellen gesucht hat oder die Auflösung älterer Teleskope nicht gut genug war. Allein auf den bislang zehn veröffentlichten Bildern, die alle an einem einzigen Tag aufgenommen wurden, erkennt man schon, wie unvorstellbar vielfältig das Universum ist. Da sind Sterne, Planeten, Galaxien, Galaxienhaufen, verschmelzende Galaxien und Sterne, die gerade erst geboren werden. Überlegen Sie mal, was wir in sechs Jahren alles zu sehen kriegen. Vor Kurzem, am 19. März 2025, haben wir ein großes Datenpaket veröffentlicht – es deckt 63 Quadratgrad ab. Das sind etwa 0,4 Prozent der gesamten geplanten Himmelsdurchmusterung und es entspricht grob der 300-fachen Fläche des Vollmonds.

Was wird mit dieser gigantischen Datenmenge geschehen?

Die Daten sind eine wahre Fundgrube an Informationen für Forschende – bislang jedoch hauptsächlich für die Astronomie. Ein wichtiger Meilenstein ist der erste detaillierte Katalog von mehr als 380 000 Galaxien, die nach Merkmalen wie Spiralarmen, zentralen Balken und Gezeitenschweifen, die auf verschmelzende Galaxien schließen lassen, klassifiziert wurden. Wir haben uns zunächst auf Tiefenfeldbeobachtungen konzentriert. Durch die längere Belichtungszeit schaut man extrem tief in den Kosmos und lernt so mehr über dessen räumliche Struktur. Das Euclid-Konsortium hat bereits 27 wissenschaftliche Arbeiten eingereicht plus 7 zusätzliche Arbeiten, die die komplexe Verarbeitung der Beobachtungsdaten beschreiben. Die ersten kosmologisch nutzbaren Daten der Mission werden dann schließlich Ende 2026 öffentlich zugänglich sein – und uns dem eigentlichen Missionsziel, nämlich mehr über Dunkle Energie und Dunkle Materie herauszufinden, endlich ein Stück näher bringen.