Auf der Jagd nach «dunklen Galaxien»

«Oh ja», erklärt Raffaella Anna Marino, «die Forschungsarbeit erfordert enorm viel Geduld.» Manchmal, da sei das Warten eine echte Herausforderung, die sogar ein bisschen frustrierend sein könne. Gerade dann, wenn man Forschung betreibt, die ohne Ergebnis bleibt. In ihrer jüngsten Forschungs-arbeit hat sich diese Geduld für die 35-jährige Italienerin besonders ausbezahlt: Ihre Suche nach «dunklen Galaxien» blieb nämlich alles andere als ergebnislos.

In den letzten 50 Jahren konnten bedeutende Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie sich Galaxien bilden. Trotzdem blieben wichtige Fragen offen. Beispielsweise ist nicht klar, wie das als «intergalaktisches Medium» bekannte diffuse Gas in Sterne umgewandelt wird. Eines der neueren theoretischen Modelle geht davon aus, dass die Frühphase der Galaxienentstehung eine Epoche miteinschliesst, in der die Galaxien eine grosse Menge an Gas enthalten, aber noch nicht effizient Sterne bilden können. Weil dunkle Galaxien in diesem Stadium noch kein sichtbares Licht abgeben, konnte diese Theorie bis anhin nicht überprüft werden.

Eine Art Taschenlampe als Lösung

Nun ist es Raffaella Anna Marino und einem Team aus internationalen Forschern gelungen, diese Galaxien mithilfe fluoreszierender Beleuchtung aufzuhellen und so mindestens sechs robuste Kandidaten für solche Galaxien zu identifizieren. Dazu benutzten die Wissenschaftler eine Art Taschenlampe in der Form von Quasaren. Diese senden intensives ultraviolettes Licht aus, das wiederum eine Fluoreszenzemission in Wasserstoffatomen auslöst, die sogenannte Lyman-alpha-Linie. Damit wird das Signal von möglichen dunklen Galaxien in der Nähe des Quasars verstärkt, und die Galaxie wird sichtbar. Bereits früher wurde eine solche «fluoreszierende Beleuchtung» bei der Suche nach dunklen Galaxien verwendet, allerdings konnte das Forschungsteam um Raffaella Anna Marino den Himmel mit bisher unerreichter Effizienz und in grösserer Entfernung nach möglichen dunklen Galaxien durchsuchen.

Riesiges Teleskop in der Wüste von Chile

Möglich wurden diese Beobachtungen durch das Multi Unit Spectroscopic Explorer (Muse) Instrument am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile. Das Teleskop ist Teil des Paranal-Observatoriums, welches sich auf über 2600 Metern auf dem Berg Cerro Paranal in der Atacamawüste im Norden Chiles befindet. Marino war zweimal selbst vor Ort, um die Forschungen zu begleiten und die Daten abzuholen. Im Observatorium befinden sich vier Teleskope. Jenes, das Marinos Team für seine Forschungen nutzte, hat einen Spiegel mit einem Durchmesser von acht Metern. Jede Nacht sind nebst den Wissenschaftlern auch Ingenieure und Mechaniker vor Ort. Sie stellen sicher, dass die Forschungen ohne Störungen durchgeführt werden können. Denn: Die Kosten für den Betrieb dieser astronomischen Beobachtungsstation mitten in der Wüste sind enorm. Nach Paranal gibt es keine Versorgungsleitungen. Ob Werkzeug, Strom oder Verpflegung – alle Güter, die für den Betrieb der Station benötigt werden, müssen entweder zum Observatorium gebracht oder vor Ort erzeugt werden.

Ein Vogel reicht für einen Misserfolg

Die ETH-Forscher am Departement Physik sind Teil eines Konsortiums, innerhalb dessen die Beobachtungszeiten an den Teleskopen vergeben werden. Die fünf Parteien wechseln sich mit ihrer Forschungsarbeit in Paranal ab, wobei allen eine gewisse jährliche Zeit am Teleskop zusteht. Die erhobenen Daten werden dann innerhalb des Konsortiums zur Verfügung gestellt. Gerade weil die Arbeit am Teleskop aufwändig und teuer ist, muss jede Minute an den High-Tech-Geräten optimal genutzt werden. Das macht die Atacamawüste als Standort attraktiv. Die Luft über dem Gipfel des Cerro Paranal ist aussergewöhnlich ruhig und trocken. Ausserdem gibt es kaum Niederschläge und Tiere, und das Klima ist konstant. Raffaella Anna Marino erklärt: «Die Belichtungszeit bei unseren Beobachtungen dauert über Stunden an. Bereits ein Vogel, der unser Beobachtungsfeld durchquert, reicht aus, und die Forschungsergebnisse werden unbrauchbar.»

Sobald die Rohdaten der Beobachtungen vorliegen, kann mit der Analyse gestartet werden. Diese kann mehrere Monate dauern. Etwas mehr als zwölf Monate hat Marino gebraucht, um die Daten ihres letzten Forschungsprojekts auszuwerten, zu interpretieren und ihre Forschungsergebnisse zu veröffentlichen. Sind die Rohdaten nicht brauchbar, müssen die Beobachtungen wiederholt werden, was erneutes Warten von Tagen und Monaten bedeutet, bis die Bedingungen am Himmel stimmen und das Team ein neues Zeitfenster für die Forschungen am Teleskop zugeteilt erhält.

Affoltern als Lebensmittelpunkt

Sie schätze sich sehr glücklich darüber, was sie Tag für Tag tun dürfe. «Die Arbeit als Forscherin», schwärmt Marino, «sie nimmt einen grossen Platz in meinem Leben ein, weil es meine Leidenschaft ist.» Dennoch braucht auch sie zwischendurch Zeit, um sich zu erholen. Dann streift sie am liebsten mit ihrem Windhund in Affoltern durch die Wälder. Damals, als sie in die Schweiz zog, war schnell klar, dass Affoltern für sie der passende Wohnort ist. «Mein Mann arbeitet hier, ausserdem habe ich Freunde aus meiner Heimat Apulien, die ebenfalls in Affoltern wohnen», da war es naheliegend, ins Säuliamt zu ziehen. Nach so vielen Jahren in Grossstädten geniesse sie die Ruhe in Affoltern umso mehr. Wobei... So klein sei die Stadt ja auch wieder nicht, sie wirke nur so, weil sie so schön ländlich sei.

Näheres zu den Forschungsergebnissen unter: <link http: www.phys.ethz.ch de news-und-veranstaltungen d-phys-news dunkle-galaxien external-link-new-window>www.phys.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/d-phys-news/2018/05/dunkle-galaxien.