In den trockenen Höhen der chilenischen Anden thront ein neues, futuristisch anmutendes Gebäude. Es beherbergt das Vera C. Rubin Observatory und reiht sich in die Riege der großen Observatorien Chiles ein, zu denen zum Beispiel das Very Large Telescope (VLT) und das Extremely Large Telescope (ELT) gehören. Doch »Rubin« bringt etwas völlig Neues: Alle drei Nächte kartiert es den gesamten von seinem Standort aus zugänglichen Himmel und erfasst während seiner zehnjährigen Betriebsdauer jedes Himmelsobjekt rund 800-mal. Das wird nicht nur eine Momentaufnahme, sondern die zeitliche Entwicklung einer ganzen Himmelshälfte über zehn Jahre hinweg zum Vorschein bringen und uns neue Erkenntnisse liefern, von denen wir zum Teil noch gar nichts ahnen.

Benannt ist das Observatorium nach der Astronomin Vera C. Rubin (1928–2016), die unter anderem Bewegungen von Sternen in Galaxien untersuchte (siehe »Berühmte Wegbereiterin«). Ihre Arbeiten legten einen nobelpreiswürdigen Grundstein für das Postulat der Dunklen Materie. Nun soll das Observatorium Rubin gemeinsam mit dem Weltraumteleskop Euclid eine neue Ära der kosmologischen Forschung einleiten.

Schon die ersten Testbilder vom 23. Juni 2025 ließen erahnen, zu welchen Leistungen das neue Teleskop in der Lage ist: In nur zehn Beobachtungsstunden wurden mehr als 2000 bislang unbekannte Objekte, vor allem Asteroiden, entdeckt. Dass anlässlich der Präsentation dieser ersten Bilder Hunderte »First-Look-Partys« auf der ganzen Welt organisiert wurden, spricht für die Begeisterung und freudige Erwartung, die sich in der Fachwelt breit macht. Woher diese Begeisterung rührt und was sich Astrophysikerinnen und Astrophysiker von den neuen Daten erhoffen, wird in diesem Beitrag beleuchtet.

Von klein und nah bis groß und fern soll Rubin dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich unser Universum und die zahlreichen Objekte darin entwickelt haben. Wir wollen uns an dieser Reihenfolge orientieren und die unterschiedlichen Beobachtungsziele vorstellen, um uns einen Überblick über die vielfältigen Einsatzbereiche des neuen Instruments zu verschaffen. Anhand dieser Beispiele werden wir auch aufzeigen, an welchen Stellen das Observatorium Neuheiten bietet und wie die Eigenschaften des Teleskops besonders viele neue Erkenntnisse ermöglichen werden.

Asteroiden, Planeten und Sterne

Wir wärmen uns thematisch auf mit kleinen bis mittelgroßen Gesteinsbrocken, den Asteroiden. Davon gibt es unzählige in unserem Sonnensystem. Die allermeisten sind unbekannt und werden das auch bleiben, weil sie schlicht zu klein sind. Die Mehrzahl der Asteroiden, die größer als ein Kilometer sind und der Erde so nahe kommen, dass sie ihr potenziell gefährlich werden können, ist bereits bekannt. Viele kleinere, auf Größenskalen von einem bis wenigen Hundert Metern, sind mit bisherigen Teleskopen schwer auszumachen. Rubin wird mit seinem enormen Auflösungsvermögen und vor allem kurz aufeinanderfolgenden Beobachtungen Forschenden dabei helfen, 60 bis 90 Prozent der potenziell gefährlichen Asteroiden zu finden und ihre Bewegungen mitzuverfolgen. Die ersten Bilder von Rubin haben das schon beeindruckend illustriert – allein auf den Testbildern fanden sich etwa 2000 bisher unbekannte Objekte.

Abgesehen von der Gefahreneinschätzung und möglichen Abwehr kann aus der Verteilung und Bewegung von weiter entfernten Asteroiden auch etwas gelernt werden: Die genaue Beobachtung von Kollisionen im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, aber auch im Kuipergürtel jenseits der Neptunbahn, ist für die Erforschung der Planetenentstehung relevant. Zum einen können Kollisionen und Fragmentierungen dieser kleinen Körper zeitnah und wiederholt beobachtet werden. Das erlaubt Rückschlüsse darauf, unter welchen Bedingungen Gesteinsbrocken zur Planetenbildung beitragen und wann sie stattdessen zermahlen werden. Und zum anderen liefern solche Asteroidenkataloge ein Bild davon, wie die protoplanetare Scheibe unseres Sonnensystems, also die Scheibe, aus der nach der Sternentstehung unsere Planeten entstanden, einst zusammengesetzt war.

Zudem sind eisige Außenbezirke wie der Kuipergürtel weit genug entfernt von starken Strahlungs- und Gravitationsquellen und damit noch in relativ ursprünglicher Form erhalten. Rubin wird dort vor allem die Bahnen von Tausenden Objekten verfolgen und so zeigen, wie sie verteilt sind und miteinander wechselwirken. Das wird uns wertvolle Hinweise auf die Frühzeit unseres Sonnensystems geben. Um mehr über die Temperaturen oder die chemische Zusammensetzung der Kleinkörper zu erfahren, braucht es allerdings zusätzliche Messungen im Infrarot, etwa mit dem James-Webb-Teleskop.

Warum manche Bereiche des Sonnensystems sehr viele kleine Körper (Asteroidengürtel) und andere wenige große (Kuipergürtel) bilden, ist zum Beispiel auch noch ungeklärt. Insgesamt soll Rubin zehn- bis hundertmal so viele Objekte in unserem Sonnensystem aufspüren, wie bisher bekannt sind.

Zusätzlich zur Suche nach Asteroiden hoffen Forschende auf Hinweise zu größeren Himmelskörpern im äußeren Sonnensystem, wie etwa auf die mögliche Existenz von Planet 9. Damit sind wir schon bei der nächsten Größenordnung angelangt: Planeten und die Sterne, um die sie kreisen.

Die Bewegung der relativ kleinen Asteroiden ist nämlich nicht nur für die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems interessant: Die meisten Sterne werden in Sternhaufen geboren, die recht schnell auseinanderdriften. Die frühe Bewegung dieser Sterne, die gemeinsam mit der Sonne geboren wurden, könnte in die Bewegung der weit entfernten kleinen Objekte gewissermaßen »eingeprägt« sein – sie genau zu erfassen und nach Mustern zu suchen, kann also wieder Aufschluss über den Entstehungsprozess von ganzen Sternsystemen geben.

Das Forschungsgebiet der Sternentstehung wird auch oder vor allem mithilfe von Aufnahmen außerhalb unseres eigenen Sonnensystems Fortschritte machen. Die Nahaufnahmen von Sternentstehungsgebieten, wie sie in einer der ersten veröffentlichten Rubin-Aufnahmen von Trifid- und Lagunennebel (siehe »Sternentstehungsgebiete im Detail«) zu sehen sind, geben einen eindrucksvollen ersten Vorgeschmack darauf.

Von unserer eigenen Galaxis, dem Milchstraßensystem, soll mit den Aufnahmen von Rubin die bisher detaillierteste Karte von Sternen und anderen Objekten erstellt werden. Dank der schnellen Wiederholung der Aufnahmen wird Rubin auch ihre Bewegungen erfassen – nicht so präzise wie das Weltraumteleskop Gaia, aber aufgrund des größeren Spiegels und der langen Belichtungszeit in viel größerer Tiefe. Gemeinsam ergänzen sich die beiden Missionen ideal: Gaia liefert die exakten Positionen und Bewegungen der helleren Sterne, Rubin öffnet den Blick bis zu den lichtschwächeren Objekten an den Rändern unserer eigenen Galaxis und darüber hinaus.

Extragalaktische Objekte

Weiter geht es also mit Lichtquellen, die sich außerhalb unserer Milchstraße befinden und für die das Rubin Observatory bereits in den 1990er-Jahren als »Dark Matter Telescope« geplant wurde.

Ein Beispiel für solche Objekte sind Sterne, deren Helligkeit sich verändert. Manche tun das kontinuierlich und immer wieder, wie die Cepheiden. Aus der Frequenz ihres Pulsierens lässt sich ihre wahre Leuchtkraft (absolute Helligkeit) bestimmen. Vergleichen wir sie mit der beobachteten (scheinbaren) Helligkeit, können wir daraus die Entfernung berechnen. Cepheiden lassen sich damit als eine Art kosmisches Maßband verwenden; sie gelten als sogenannte Standardkerzen.

Andere Helligkeitsänderungen können einmalig, dafür aber dramatisch sein: Bestimmte Sterne explodieren an ihrem Lebensende und strahlen dabei so hell, dass man sie in fernen Galaxien beobachten kann. Diese Supernovae genannten Explosionen können die Formen von Galaxien verändern und Sternentstehung begünstigen oder behindern. Vor allem eine Unterklasse, die Typ-Ia-Supernovae, ist für die Astronomie von unschätzbarem Wert, denn der überwiegende Teil der Typ-Ia-Supernovae gehört zu einer relativ einheitlichen Klasse, deren absolute Helligkeit sich standardisieren lässt. Diese Supernovae eignen sich damit wie die Cepheiden als Standardkerzen. Allerdings lassen sich aufgrund ihrer großen Leuchtkraft noch viel größere Entfernungen bestimmen. Aktuell liegt die Anzahl der bekannten und aufgezeichneten Supernova-Explosionen bei wenigen Zehntausenden. Forschende erwarten, dass Rubin mehrere Millionen davon finden wird.

Besonders gespannt darf man auch auf die selteneren Funde sein: Neutronensterne sind Überbleibsel von Supernova-Explosionen und gehören zu den kleinsten stellaren Objekten. Sie messen nur wenige Kilometer im Durchmesser, weisen aber extrem hohe Dichten auf, die nur von Schwarzen Löchern übertroffen werden. Kollisionen von solchen Objekten sind relativ selten. Im Jahr 2017 war es mit Laserinterferometern gelungen, das Gravitationswellensignal einer solchen Neutronensternverschmelzung im Ereignis GW170817 zu messen. Bisher nur dieses einzige Mal wurde bei einer solchen Kilonova auch ein Lichtsignal über viele Wellenlängen hinweg beobachtet. Die Kombination aus Gravitationswellen- und Lichtsignal hat sowohl für das Verständnis von Neutronensternen als auch für die Kosmologie wichtige Folgen, worauf wir später zurückkommen.

Es sind zeitliche Veränderungen von Helligkeiten wie diese, für welche die unschlagbare zeitliche Auflösung und das ausgeklügelte Alarmsystem von Rubin interessant sind: Alle drei Tage werden dieselben Objekte erneut beobachtet, was es ermöglicht, die zeitliche Entwicklung von sehr vielen Objekten gleichzeitig zu verfolgen und einen »kosmischen Film« zu produzieren. Wenn sich gegenüber früheren Aufnahmen etwas über das gewöhnliche Rauschen hinaus verändert (siehe »Veränderungen auf der Spur«), wie zum Beispiel der Beginn einer Neutronensternverschmelzung oder das Auftauchen eines Asteroiden, wird fast in Echtzeit ein Alarm ausgelöst, sodass sich die Veränderungen überprüfen und kategorisieren lassen. Damit können andere, stärker spezialisierte Teleskope, wie die Zwicky Transient Facility, noch genauere zeitaufgelöste Beobachtungen aufnehmen. Vielleicht wird das neue Teleskop so zur buchstäblichen Goldmine, denn gerade im Beginn der Helligkeitskurve einer Neutronensternverschmelzung stecken wichtige Hinweise auf die Entstehung von Elementen schwerer als Eisen, wie etwa Gold. Im Frühjahr 2026 wurde erstmals demonstriert, dass diese Alarme (englisch: alerts) zuverlässig ausgelöst werden – ein entscheidender Schritt, um zeitliche Entwicklungen zukünftig lückenlos zu verfolgen. Seither ist das Alert-System in Betrieb und hat schon einige neue Supernovae zum Vorschein gebracht.

Rubin und die Galaxien

Alle bisher besprochenen extragalaktischen Objekte befinden sich in anderen Galaxien. Diese entstehen und wachsen in unsichtbaren Halos aus Dunkler Materie mit Ansammlungen von Sternen und Staub, die im Lauf der Zeit miteinander verschmelzen. Bis daraus Galaxien, wie wir sie heute beobachten, entstehen, gehen Hunderte dieser Verschmelzungen vonstatten – Prozesse, die sich über Milliarden von Jahren erstrecken. Liegt die letzte Verschmelzung noch nicht allzu lange zurück, können Spuren davon sichtbar sein, die Rubin aufspüren kann: Wenn eine kleinere Galaxie von einer größeren regelrecht verschlungen wird, weil etwa ihre Geschwindigkeit nicht groß genug ist, um weiter um ihren massereicheren Partner zu kreisen, wird sie in ihre Einzelteile zerlegt: Sterne werden wie an langen Ketten herausgezogen, die sich in manchen Fällen um die ganze Hauptgalaxie legen können. Die ursprüngliche kleinere Galaxie existiert dann nicht mehr, aber die Ketten aus ihren Sternen bleiben noch länger identifizierbar. Aus wie vielen und aus welchen Sternen sie bestehen, wie breit diese Ketten sind und auf welchen Bahnen sie sich bewegen – all das kann Aufschluss darüber geben, wie groß die Nachbargalaxie war und wie genau der Prozess der Verschmelzung aussah. Rubin wird zahlreiche Moment- und Detailaufnahmen von näher gelegenen Spiralgalaxien und elliptischen Galaxien sowie von ihren Kollisionen liefern (siehe »Ein Blick in den Kosmos«). Genaue Untersuchungen dieser Aufnahmen werden uns Hinweise darauf geben, wie Galaxien entstehen, wie sie wachsen, wie massereich sie in welcher Zeit werden können, und das gibt uns schließlich eine direkte Verbindung zur Kosmologie. Dabei wird untersucht, wie sich das Universum vom Urknall bis heute zu dem entwickeln konnte, was es ist.

Galaxienhaufen und Kosmologie

Noch größere Strukturen sind als Galaxienhaufen zu beobachten; das sind Ansammlungen von Galaxien. Sie sitzen in einem Netz aus Dunkler Materie, das sich über das gesamte Universum erstreckt. Für die Beobachtung dieser beiden Größenordnungen wird der Gravitationslinseneffekt ausgenutzt, ein Phänomen, das aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie folgt. Gravitation wird darin als eine Krümmung der Raumzeit beschrieben, die durch Masse hervorgerufen wird. Sterne und Planeten bewegen sich dabei nicht trotz, sondern gerade wegen dieser Krümmung auf ihren Bahnen. Sie folgen der Geometrie der Raumzeit. Genau dasselbe gilt für Lichtstrahlen. Wenn ein beliebiger Lichtstrahl an einer durch Masse verursachten Krümmung vorbeikommt, wird er auf eine Bahn gezwungen, die von unserer alltäglichen Vorstellung von »geradeaus« abweicht. Masseansammlungen wirken dadurch wie riesige Linsen – daher der Name des Effekts. Da die Masse die Lichtbahn bestimmt, ist es also naheliegend, mit diesem Effekt auch Massen und ihre Verteilung messen zu wollen. Für Galaxienhaufen nutzt man dazu die starke Ausprägung des Gravitationslinseneffekts: In der Nähe dieser besonders massereichen Strukturen sorgt der starke Gravitationslinseneffekt (englisch: strong lensing) dafür, dass sehr helle Hintergrundobjekte, wie zum Beispiel Quasare, mehrfach und verzerrt um die Linse herum zu sehen sind (siehe »Kosmisches Fragezeichen«). Die Konstellation dieser Bilder lässt uns rekonstruieren, wie die Masse in Galaxienhaufen verteilt ist und damit, wie sie sich nicht nur aus sichtbarer, sondern vor allem aus Dunkler Materie zusammensetzt. Ganz nebenbei sorgt dieser Effekt auch für wirklich atemberaubende Bilder. Rubin wird die bekannte Sammlung an starken Gravitationslinsen voraussichtlich um einen Faktor 100 vergrößern.

Etwas weniger beeindruckende Bilder, aber letztendlich eine – wenn nicht die – Hauptmotivation für den Bau des neuen Teleskops und vor allem der Kamera liefert die schwache Ausprägung des Gravitationslinseneffekts (englisch: weak lensing). Anders als beim starken Gravitationslinseneffekt stehen hier nicht einzelne auffällige Linsen, sondern statistische Effekte über sehr viele Galaxien im Vordergrund. 20 Milliarden Galaxien sollen im Lauf der zehnjährigen LSST von Rubin beobachtet und in Größe, Form und Farbe vermessen werden. Zum Vergleich: In aktuellen Projekten werden zehn bis einige Hundert Millionen Galaxien für diese statistische Methode verwendet. Hier sind abermals das gigantische Gesichtsfeld des Teleskops und der Blick in sehr große Tiefen des Weltalls entscheidend. Genau diese Art von Beobachtung – die Vermessung von so vielen Galaxien wie möglich – ist der Hauptgrund für das gewählte optische Design. Mit den gesammelten Informationen kann man zum einen eine detaillierte dreidimensionale Karte des Universums erstellen, da Galaxien der Verteilung der Dunklen Materie folgen. Hierbei lässt die Farbe jeder Galaxie Rückschlüsse auf ihre Entfernung von uns zu, wofür die Aufnahmen in mehreren Filtern genutzt werden. Und zum anderen kann man die Verteilung der gewöhnlichen und Dunklen Materie über den schwachen Gravitationslinseneffekt statistisch bestimmen. Am besten funktioniert diese Messung, wenn man beide Methoden kombiniert: die statistische Verteilung der sichtbaren Galaxien und den schwachen Gravitationslinseneffekt, der auf die gesamte Materie – sichtbare wie Dunkle – reagiert.

Diese kosmische Scherung (englisch: cosmic shear) ist ein sehr subtiler, aber gerade deshalb umso faszinierenderer Effekt. Vereinfacht gesagt zeigt die kosmische Scherung, wie die große unsichtbare Netzstruktur aus Dunkler Materie das Licht vieler Galaxien auf dem Weg zu uns ständig leicht ablenkt. Das sorgt dafür, dass alle Galaxienformen und deren Orientierungen aufgrund des Gravitationslinseneffekts leicht verzerrt erscheinen, auch wenn sie, anders als beim starken Gravitationslinseneffekt, immer noch unauffällig elliptische Formen haben.

Bei einer einzelnen Galaxie ist eine solch leichte Verzerrung daher nicht auszumachen. Erst wenn man Millionen von Galaxienformen miteinander vergleicht, tritt ein Muster hervor: Galaxien, die am Himmel nahe beieinanderstehen, liegen von uns aus gesehen hinter derselben Materieverteilung. Ihr Licht wird auf dem Weg zu uns entlang dieser Materieverteilung abgelenkt, und deshalb erscheinen sie uns entsprechend an der Massenstruktur ausgerichtet. Man spricht dann von einer Korrelation der Formen: Die beobachtete Form von Galaxie 1 ist nicht mehr unabhängig von der beobachteten Form von Galaxie 2, weil deren Lichtstrahlen auf dem Weg zu uns an derselben Massenstruktur vorbeiliefen. Indem man immer zwei oder mehr Galaxienformen in einem bestimmten Abstand zueinander vergleicht und diese Zahlen über eine sehr große Anzahl von Paaren mittelt, kann man daher etwas über die Massenstruktur im gesamten Universum lernen – und zwar nicht nur von der gewöhnlichen, sichtbaren Materie, sondern vor allem von der dominierenden Dunklen Materie.

Ein weiteres Ziel auf kosmologischen Größenskalen ist die Messung der Ausdehnungsrate des Universums. Man kann dazu zum Beispiel Supernovae, wie wir sie schon eingangs diskutiert haben und deren Stichprobe durch Rubin deutlich vergrößert wird, als Entfernungsmarker verwenden. Der Zusammenhang zwischen Entfernung und der beobachteten Rotverschiebung, die durch die Ausdehnung des Universums zustande kommt, wird von der Hubble-Funktion beschrieben. Sie hängt von mehreren Faktoren ab und berücksichtigt die gesamte Ausdehnungsgeschichte des Universums. Einer dieser Faktoren ist die Hubble-Konstante, also die Ausdehnungsrate des Universums zum heutigen Zeitpunkt.

Rubin wird zudem auch bei anderen unabhängigen Methoden zur Bestimmung der Hubble-Konstanten eine wichtige Rolle spielen. Dazu gehören Zeitverzögerungsmessungen bei Mehrfachbildern, die aufgrund des starken Gravitationslinseneffekts entstehen, sowie die Kombination von Gravitationswellenereignissen mit einem Lichtsignal, wie sie bei Neutronensternverschmelzungen möglich ist. Beide Ansätze erfordern die zuverlässige Erfassung veränderlicher Helligkeiten, wofür Rubin prädestiniert ist.

Man erhofft sich damit insgesamt, neues Licht auf das Hubble-Problem (englisch: Hubble tension) zu werfen, eine der am meisten diskutierten offenen Fragen der modernen Kosmologie.

Der Reiz des Unbekannten

Neben all diesen wirklich fantastischen Aussichten auf neue Erkenntnisse ist das vielleicht Schönste und wirklich Spannende an diesem Teleskop: Wir wissen noch gar nicht, was wir alles entdecken werden. Neben geplanten Beobachtungen bietet das Rubin-Observatorium vor allem das Potenzial für das völlig Unerwartete. Bei der Pressekonferenz zur Vorstellung der ersten Bilder sorgte genau das für Heiterkeit – als Reporter fragten, welche unbekannten Entdeckungen sich die Forschenden erhofften.

Die ersten dieser heute noch unbekannten Entdeckungen werden womöglich nicht mehr lange auf sich warten lassen, denn ein kleiner Teil der gesamten Himmelsdurchmusterung wird der wissenschaftlichen Gemeinschaft bereits jetzt nach und nach zur Verfügung gestellt.

Wer selbst einen Blick in den Himmel werfen will, kann das tun: Die ersten Daten des Rubin-Observatoriums sind öffentlich zugänglich. Unter skyviewer.app lässt sich die Reise durch das All vom eigenen Bildschirm aus erleben.