CAPE CANAVERAL / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Nancy Grace Roman Space Telescope steht kurz vor dem Start, am Sonntag um 7:26 Uhr EDT/4:26 Uhr MST. Forschende der University of Arizona tragen entscheidende Beiträge zu zwei Kosmologie-Teams bei und planen zugleich Exoplaneten-Beobachtungen mit dem Coronagraph Instrument. Im Fokus stehen Messungen zu Dunkler Materie und Dunkler Energie sowie die Ableitung atmosphärischer Signaturen sehr schwacher Ziele. Zusätzlich wird an der Dateninfrastruktur gearbeitet, damit aus den Katalogen am Ende belastbare kosmologische Modelle entstehen.
Wenn die Rakete am Sonntag mit dem Nancy Grace Roman Space Telescope abhebt, ist das für die Wissenschaft mehr als ein Starttermin im Kalender. Roman wird als nächste große Astrophysik-Mission nach dem James Webb Space Telescope eingeordnet, aber es verfolgt einen klar anderen Modus: Webb schaut tief, Roman schaut breit. Während beide Teleskope Infrarotlicht erfassen können, ist Roman auf schnelle großflächige Durchmusterungen ausgelegt. Genau diese Kombination macht das Projekt für Teams aus der Forschung besonders interessant, die ihre Fragestellungen nicht nur in einzelnen „Deep-Fields“, sondern über breite Himmelsareale mit konsistenter Auflösung bearbeiten wollen. Für die University of Arizona heißt das konkret: Eine ganze Reihe von Professorinnen, Professoren und Studierenden verfolgt den Lift-off von Cape Canaveral mit dem Ziel, ab dem Beginn der Wissenschaftsbetriebe im Januar 2027 in die Datennutzung einzusteigen.
Technisch beginnt die Zusammenarbeit mit Roman bei zwei zentralen Bausteinen, die zugleich als Messinstrumente und als Forschungsplattformen funktionieren: dem Coronagraph Instrument und dem Wide Field Instrument. Das 7,9-Fuß-Mirror (rund 2,4 Meter) ist dabei in der Größenordnung des Hubble Space Telescope gespiegelt und dient als optische Grundlage für beide Instrumente. Das Wide Field Instrument ist dafür gemacht, die Empfindlichkeit zu liefern, die man aus Hubbles Kameras kennt, aber auf einer etwa 100-mal größeren Himmelsfläche. Hubble hat über rund 30 Jahre nur ungefähr 0,1 % des Nachthimmels abgedeckt; Roman soll dagegen potenziell den gesamten Himmel bei vergleichbarer Auflösung durchmustern. Diese Reichweite ist für die Kosmologie entscheidend, weil statistische Effekte bei großen Stichproben stabiler werden – etwa wenn man Rückschlüsse auf die Verteilung dunkler Materie und die Entwicklung der kosmischen Expansion ziehen will.
Im kosmologischen Teil setzt die University of Arizona dabei auf zwei unterschiedliche Rollen, die sich sowohl organisatorisch als auch technisch ergänzen. Für das Wide-Field-Science-Team leitet Elisabeth Krause, Professorin für Astronomie und Physik, das Projekt „Kinematic Lensing with the Roman Space Telescope“; laut Angaben aus dem Missionsumfeld wurden dafür 2 Millionen US-Dollar für die Entwicklung einer neuen Messmethode zugesprochen. Kinematic Lensing zielt darauf, Bildinformationen mit spektroskopischen Daten zu kombinieren, um Dunkle Materie und Dunkle Energie mit höherer Präzision zu untersuchen als bisher. Parallel dazu spielt ein zweites UofA-basiertes Team im Bereich der „project infrastructure“-Aktivitäten eine führende Rolle: „Maximizing Cosmological Science with the Roman High Latitude Imaging Survey“. Hier führt Tim Eifler als Leiter der Working Group die Interpretation der kosmologischen Daten zusammen mit einem breiteren Netzwerk; astronomische Daten sollen dabei zunächst in Form von Katalogen aus detektierten Galaxien (nah und fern) münden. Anschließend werden Modelle auf Basis dieser Kataloge gerechnet, die physikalische Eigenschaften des Universums erklären sollen. Für genau diesen rechnerischen Teil erhält Eiflers Labor laut Projektmittel 800.000 US-Dollar für Computing-Ressourcen, die Bestandteil eines neuen universitätsweiten High-Performance-Computing-Systems werden sollen, das im Herbst erwartet wird; zusätzlich fließen 2,4 Millionen US-Dollar über fünf Jahre für die wissenschaftliche Nutzung. Eifler bringt es auf den Punkt: „This infrastructure will take us from catalogs to cosmological interpretation.“ Und weiter: „We’ll be able to do things like determine how much dark energy and dark matter are in the universe.“ Er ist zudem Co-Chair der Cosmology Group, die aus über 1.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern weltweit besteht.
Während die Kosmologie die großen Linien im Universum kartiert, adressiert das Coronagraph Instrument einen anderen, ebenso anspruchsvollen Engpass: das direkte Abbilden von Exoplaneten und Staub-/Gasstrukturen um andere Sterne. Das Instrument arbeitet mit einer Kombination aus Masken, Prismen, Detektoren, Filtern und selbst-flektierenden Spiegeln, um das Licht des Zentralsterns systematisch zu blockieren und zu filtern. Das ist ein Weg, der für die Exoplanetenforschung historisch deshalb so wertvoll ist, weil die meisten Entdeckungen bisher über indirekte Methoden liefen – etwa über den Helligkeitsabfall, wenn ein Planet vor dem Stern „durchzieht“. Durch die Abschirmung des Sternenglanzes können Forschende dagegen deutlich schwerer auffindbare Zielobjekte identifizieren. Im Missionsrahmen wird dafür ein sehr konkreter Kontrastgewinn genannt: Roman soll Planeten 100 Millionen Mal fainter als ihre Sterne sichtbar machen, also 100 bis 1.000 Mal besser als bestehende raumgestützte Coronagraphen. Schuyler Wolff, Associate Research Professor of Astronomy und verantwortlich für die Beobachtungsplanung im Coronagraph-Instrument, ordnet das entsprechend ein: „It will be a crucial pathfinder for a future Habitable Worlds Observatory, “ wie er betont. Diese Aussage zielt im Kern darauf, dass Roman nicht nur Daten liefert, sondern die Beobachtungslogik und Technologiepfade testet, die später bei einer expliziten Suche nach Lebenszeichen gebraucht werden.
Auch innerhalb der University of Arizona setzt sich die Arbeit am Coronagraph-Instrument in mehreren Spezialisierungen fort. Mark Marley leitet als Director des Lunar and Planetary Laboratory mit weiteren Forschenden aus dem Umfeld die Entwicklung dieses Instrumentsteils mit auf; gemeinsam wird später ein Working-Group-Setup zur Beobachtungsplanung aufgebaut, das anschließend die Datenauswertung strukturiert. Marley, Ty Robinson und Zarah Brown sollen laut Plan Daten nutzen, um Atmosphären anderer Welten besser zu verstehen. Besonders auffällig ist Browns Modellierungsfokus: Sie betrachtet Klimadynamik und Spektren selbstleuchtender Riesenplaneten, die typischerweise jung und heiß sind und dadurch thermisches Infrarotlicht ausgeben. Das Modell liefert nicht nur Temperaturen, Zusammensetzungen und Wolkenannahmen, sondern auch das erwartete Infrarot-Spektrum. Diese Vorhersage ist laut ihrer Aussage für die Planung „critical“, weil viele dieser Objekte bei genau diesen Wellenlängen bislang kaum beobachtet wurden. „That predicted spectrum is critical for planning, “ sagt Brown. Und sie verweist auf den praktischen Limitfaktor: Roman arbeitet mit extrem schwachen, hochkontrastigen Targets, weshalb die Beobachtungszeit so taktiert werden muss, dass man einen Kandidaten zuverlässig detektieren kann, ohne das Zeitbudget der Mission unnötig zu verbrauchen. Neben der Spektralmodellierung untersucht auch Anches Team die Struktur von Exo-Systemen, während Hom die Auswahl der geeignetsten Sterne zur Kalibrierung des Coronagraph Instruments vorantreibt. Zusätzlich leitet Hom sogenannte Precursor-Programme mit bodengebundenen Teleskopen, die nötig sind, um die Target-Selection für künftige Missionsschritte abzusichern.
Sobald die Science Operations im Januar starten, sollen die Daten der Scientific Community bereitgestellt werden. Für die University of Arizona heißt das: Die Institution führt neun von der NASA genehmigte Untersuchungen aus und bringt dafür laut Angaben „more than $2 million“ an zusätzlichen Aktivitäten in die Mission ein. Dabei geht es nicht nur um Dunkle Materie und Dunkle Energie oder um die Exoplanetenbeobachtung über Coronagraphy. Das Spektrum der geplanten Auswertungen reicht auch zu Themen wie supermassiven Schwarzen Löchern, Gravitationslinsen, Galaxienentstehung, Reionisation und kosmischem Staub. Für Unternehmen und die KI-Umfelder in der Forschung ist vor allem der Datenpfad relevant: Die Mission erzeugt große, strukturierte Datensätze, die in Kataloge und daraus abgeleitete Modelle überführt werden müssen. Genau an dieser Stelle greifen moderne Software- und Datenpipelines, etwa wenn Interpretations-Modelle wiederholbar, nachvollziehbar und auf neue Beobachtungsdatensätze ausgerichtet werden. Roman liefert damit nicht nur neue astronomische Ergebnisse, sondern auch eine langfristige Grundlage für datenintensive Auswertungsarchitekturen, die über einzelne Experimente hinaus belastbar bleiben.
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