Am 12. Dezember 2025 gab die NASA einen ehrgeizigen Plan zur detaillierten Kartierung unserer Galaxie mit Hilfe des Nancy Grace Roman Weltraumteleskops bekannt. Es handelt sich um die erste große galaktische Durchmusterung, die dieses neue Infrarot-Observatorium durchführen wird, sobald es seine fünfjährige primäre Mission beginnt. In nur einem Monat effektiver Beobachtungszeit, verteilt über die ersten zwei Betriebsjahre, soll Roman die Positionen und Eigenschaften von zig Milliarden Sternen aufzeichnen und Strukturen der Milchstraße enthüllen, die wir bisher aufgrund von dichtem Staub und den Einschränkungen bestehender Teleskope nicht sehen konnten.

Das Herzstück dieses Unterfangens nennt sich Galactic Plane Survey – eine Durchmusterung der galaktischen Ebene, die sich auf das hellste, dichteste Band unserer Galaxie konzentrieren wird, wo sich der Großteil der Sterne, des Gases und des Staubes befindet. Wissenschaftler erwarten, dass die Kombination aus großem Gesichtsfeld, feiner räumlicher Auflösung und Empfindlichkeit im Infrarotbereich diese Durchmusterung in eine Art „Bergbau-Expedition“ durch die Milchstraße verwandeln wird, mit einer beispiellosen Menge an neuen Daten über Sternentstehungsgebiete, sterbende Sterne, kompakte Überreste und exotische Binärsysteme.

Romans galaktische Durchmusterung als neue Referenzkarte der Milchstraße

Der Galactic Plane Survey wird die erste allgemeine astrophysikalische Durchmusterung sein, die für die Nancy Grace Roman Mission ausgewählt wurde. Er wird auf drei grundlegenden, sogenannten Core-Durchmusterungen aufbauen, die bereits für die Mission definiert wurden, sowie auf der technologischen Demonstration des Koronografen, eines Instruments, das fortschrittliche Methoden zur Blockierung von Sternenlicht testen wird, um Exoplaneten und Staubscheiben um sie herum direkt abzubilden. Im Rahmen der primären Mission ist vorgesehen, dass mindestens ein Viertel der gesamten Beobachtungszeit über Wettbewerbe für die wissenschaftliche Gemeinschaft geöffnet wird, sodass eine ganze Reihe zusätzlicher spezialisierter Programme erwartet wird, aber gerade der Galactic Plane Survey wird die umfassendste „Skelett-Karte“ unserer Galaxie liefern.

Der Plan ist, dass Roman in der Hauptkomponente der Untersuchung etwa 691 Quadratgrad des Himmels abdeckt, was einem sichtbaren Bereich von ungefähr 3500 Vollmonden entspricht, die nebeneinander aufgereiht sind. Dieser Teil der Durchmusterung wird entlang des sichtbaren Bandes der Milchstraße am Himmel ausgerichtet sein, beziehungsweise entlang der Ebene der galaktischen Scheibe. Eine zusätzliche Komponente wird sich auf eine kleinere, aber wiederholt beobachtete Region mit einer Fläche von etwa 19 Quadratgrad konzentrieren – ungefähr 95 Vollmonde – wo Dutzende Male Änderungen der Helligkeit und Position von Sternen überwacht werden, um kurzzeitige Phänomene und dynamische Prozesse aufzuzeichnen.

Die dritte, tiefste Komponente wird eine Reihe kleiner Felder mit einer Gesamtfläche von etwa 4 Quadratgrad umfassen. In diesen Bereichen wird Roman einen vollständigen Satz von Filtern und spektroskopischen Werkzeugen verwenden, um detaillierte Informationen über die chemische Zusammensetzung, Temperatur, Geschwindigkeit und Entfernung von Objekten zu erhalten. Zusammen werden diese drei Ebenen der Durchmusterung einen vielschichtigen Einblick in die Struktur der Milchstraße bieten: von der globalen Geometrie der galaktischen Scheibe bis zur lokalen Physik einzelner Sternenwiegen und kompakter Objekte.

Schätzungen des wissenschaftlichen Teams besagen, dass Roman bis zu 20 Milliarden Sterne kartieren könnte, wobei die hohe räumliche Auflösung und wiederholte Beobachtungen eine präzise Messung winziger Verschiebungen von Sternen am Himmel ermöglichen werden. Solche Astrometrie ist entscheidend für das Verständnis, wie Sterne um das Zentrum der Galaxie kreisen, wo sich Spiralarme befinden, wie Dunkle Materie und sichtbare Masse verteilt sind und auf welche Weise sich die Milchstraße im Laufe der kosmischen Geschichte entwickelt hat.

Neues Teleskop als Nachfolger von Hubble und Ergänzung zu Gaia

Das Roman Space Telescope setzt die Tradition von Weltraumobservatorien wie Hubble und James Webb fort, jedoch mit einem Fokus auf Weitwinkel-Infrarotbeobachtungen. Das Teleskop wird in einer Halo-Umlaufbahn um den L2-Punkt des Systems Sonne–Erde stationiert sein, wo eine stabile thermische Umgebung und ein ständiger Blick ins All langfristige, präzise Messungen ermöglichen. Nach dem Plan der NASA soll die Mission spätestens bis Mai 2027 gestartet werden, wobei das Team derzeit auf einem Kurs ist, der auch einen früheren Start ermöglichen würde, bereits im Herbst 2026, mit einer Falcon Heavy Rakete von der Startrampe LC-39A im Kennedy Space Center in Florida.

Das Teleskop selbst hat kürzlich einen wichtigen Meilenstein passiert: Die Integration der zwei Hauptsegmente des Observatoriums wurde abgeschlossen, womit die Konstruktion offiziell beendet ist. Im größten Reinraum des NASA-Zentrums Goddard wurden das Modul mit Optik und Instrumenten sowie das Servicemodul mit Stromversorgungs-, Antriebs- und Kommunikationssystemen verbunden. Die nächste Phase umfasst eine Reihe strenger Tests in Vakuumkammern, auf Vibrationstischen und in thermischen Umgebungen, um zu überprüfen, wie Roman die Bedingungen des Starts und des Betriebs im Weltraum verträgt.

Roman trägt zwei wissenschaftliche Hauptinstrumente in sich. Das Weitwinkelinstrument Wide Field Instrument ist eigentlich eine Kamera mit einer Auflösung von etwa 300 Megapixeln, empfindlich im sichtbaren und nahen Infrarotbereich. Seine Breite des Gesichtsfeldes wird etwa hundertmal größer sein als die, die Hubble im Standardaufnahmemodus erreicht, wobei die Schärfe einzelner Pixel vergleichbar bleiben wird. Das bedeutet, dass eine einzige Roman-Aufnahme Details enthalten wird, die wir sonst aus hundert separaten Hubble-Bildern sammeln müssten.

Das zweite Schlüsselinstrument ist ein Koronograf, der Technologien zur extremen Unterdrückung von Sternenlicht testen wird. Die Idee ist, das Blenden des Muttersterns buchstäblich mit komplexen optischen Elementen und anpassungsfähigen Spiegeln zu „beschatten“ und den Blick auf viel schwächere Objekte in unmittelbarer Nähe zu öffnen – wie große Exoplaneten oder Staubscheiben, in denen Planeten entstehen. Obwohl der Koronograf eine technologische Demonstration ist, würde der Erfolg eines solchen Instruments die Grundlagen für zukünftige Missionen legen, die der direkten Abbildung erdähnlicher Welten gewidmet sind.

Roman wird dabei die Arbeit des europäischen Satelliten Gaia ergänzen, der im Laufe der Jahre Daten über ungefähr zwei Milliarden Sterne gesammelt hat, die im sichtbaren Licht beobachtet wurden. Obwohl Gaia unser Verständnis der Dynamik und Struktur der Milchstraße revolutioniert hat, begrenzt dichter Staub in vielen Bereichen der galaktischen Ebene ihre Reichweite. Dank Infrarotfiltern wird Roman durch diese verdeckten Bereiche „hindurchsehen“, tiefer in den Kern der Galaxie und auf die „verborgene“ ferne Seite der Scheibe, und wird so zusammen mit Gaia eine weitaus vollständigere dreidimensionale Karte liefern.

Kosmische Wiegen: Wo neue Sterne geboren werden

Einer der aufregendsten Aspekte des Galactic Plane Survey wird der Blick in riesige Molekülwolken sein, in denen Sterne entstehen. In solchen Regionen, wie dem berühmten Carinanebel oder Lagunennebel, kollabieren dichte Ansammlungen von kaltem Gas und Staub unter ihrer eigenen Schwerkraft und erzeugen Protosterne. Die Umgebung ist dabei sehr dynamisch: Junge Sterne stoßen starke Materialjets aus, plötzliche Helligkeitsausbrüche brechen hervor, Magnetfelder verdrehen Gasströme und Stoßwellen früherer Generationen massiver Sterne schneiden durch die Wolken.

Die Infrarot-„Sicht“ des Teleskops Roman wird entscheidend für die Beobachtung dieser Prozesse sein, da das meiste Licht, das von den jüngsten Sternen emittiert wird, die Wolke im sichtbaren Bereich niemals verlässt – es wird von Staubkörnern absorbiert und gestreut. Roman wird durch diesen Staub Millionen von Objekten in verschiedenen Phasen der frühen Entwicklung sehen: von noch immer tief eingebetteten stellaren „Embryos“, über ungestüme junge Sterne, die unregelmäßig aufleuchten, bis hin zu stabileren Sternen, um die herum bereits protoplanetare Scheiben erkannt werden können.

Wissenschaftler werden so verfolgen können, wie sich die Sternentstehungsrate mit unterschiedlichen Bedingungen ändert – zum Beispiel mit der Gasdichte, der lokalen Strahlungsstärke oder der Anwesenheit früherer Generationen massiver Sterne. Da der Galactic Plane Survey sehr unterschiedliche Regionen der galaktischen Scheibe umfassen wird, von ruhigeren Peripherien bis zum geschäftigen Zentrum, wird es möglich sein, Ergebnisse fast so zu vergleichen, als würde man eine Reihe von Laborexperimenten unter anderen Bedingungen studieren.

Im Hintergrund all dieser Prozesse wird eine Art „Vierfach-Tauziehen“ zwischen Gravitation, Strahlung, Magnetfeldern und Turbulenz geführt. Die Gravitation strebt danach, Gas in Sternenkerne zu verdichten, während die Strahlung junger und massiver Sterne, zusammen mit Sternwinden und Supernova-Explosionen, Wolken zerreißt und Material zerstreut. Magnetfelder und turbulente Gasbewegungen verlangsamen oder beschleunigen den Kollaps an bestimmten Orten zusätzlich. Die Analyse von Hunderttausenden von Sternenwiegen, die Roman aufnehmen wird, wird es Astronomen ermöglichen, die Rolle jedes dieser Faktoren endlich quantitativ zu trennen.

Sternhaufen als natürliche Labore

Besonders wertvoll werden Daten über Sternhaufen sein – „Familien“ von Sternen, die aus derselben Wolke und zur gleichen Zeit entstanden sind. Offene Sternhaufen, von denen Roman erwartungsgemäß fast zweitausend untersuchen wird, sind gewöhnlich jung und verhältnismäßig locker gravitativ gebunden. Sie befinden sich oft entlang der Spiralarme der Galaxie und gelten als eine der Schlüsselspuren, die enthüllen, wo in letzter Zeit neue Sterne entstanden sind. Wenn an ihnen präzise Entfernungen, Geschwindigkeiten und chemische Zusammensetzungen der Mitglieder gemessen werden, ist es möglich, die Entstehungsgeschichte der Spiralstruktur zu rekonstruieren.

Auf der anderen Seite gehören Kugelsternhaufen zur ältesten „Bevölkerung“ der Milchstraße. Sie befinden sich gewöhnlich im Halo um die galaktische Scheibe oder in der Nähe des Zentrums und enthalten Hunderttausende dicht gepackter, sehr alter Sterne. Der Galactic Plane Survey wird sich auf mehrere Dutzend solcher Objekte konzentrieren, besonders in der Region nahe dem galaktischen Kern, wo Beobachtungen bisher aufgrund von Staub und Überfüllung mit Sternen erschwert waren. Durch den Vergleich der Eigenschaften dieser Haufen werden Wissenschaftler bestimmen können, auf welche Weisen die Milchstraße während ihrer Vergangenheit kleinere Galaxien „verschluckt“ und Sterne neu verteilt hat.

Der Vorteil von Sternhaufen im wissenschaftlichen Sinne ist, dass ihre Sterne annähernd das gleiche Alter, die gleiche anfängliche chemische Zusammensetzung und Entfernung teilen. Das bedeutet, dass Unterschiede in Helligkeit oder Farbe einzelner Sterne im Cluster hauptsächlich ihr Entwicklungsstadium widerspiegeln, und nicht äußere Bedingungen. Wenn Cluster dann miteinander verglichen werden, ist es möglich, sehr präzise die Effekte der „Natur“ – der Anfangsbedingungen in der Wolke, aus der sie entstanden sind – vom Einfluss der „Erziehung“, beziehungsweise der Umgebung in der Galaxie, durch die sie sich bewegen, zu trennen.

Puls der Galaxie: Kompakte Überreste und Mikrolinsen

Sterne ähnlich der Sonne beenden ihr Leben als Weiße Zwerge, während massereichere Sterne zu Neutronensternen oder Schwarzen Löchern kollabieren. Die meisten dieser Überreste sind auf große Entfernungen fast unsichtbar, besonders wenn sie keinen nahen Begleiter haben, von dem sie Material „stehlen“. Roman wird jedoch in der Lage sein, auch solche einsamen kompakten Objekte unter Verwendung des Phänomens des Gravitationsmikrolinseneffekts zu entdecken.

Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie krümmt jedes Objekt mit Masse die Raumzeit in seiner Umgebung. Wenn das Licht eines entfernten Sterns an einer solchen gravitativen Vertiefung vorbeigeht, biegt sich seine Bahn leicht, sodass uns der Stern am Himmel kurzzeitig scheinbar „verstärkt“ erscheint. Wenn die Rolle der Linse von einem Weißen Zwerg, einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch gespielt wird, das für sich genommen fast nicht leuchtet, wird die Helligkeitsänderung des Hintergrundsterns uns die ansonsten unsichtbare Masse im Vordergrund enthüllen.

Eine spezielle Kampagne des Roman-Teleskops, der Galactic Bulge Time-Domain Survey, wird sich auf die langfristige Überwachung des dichteren, zentralen Teils der Galaxie konzentrieren, um eine große Anzahl von Mikrolinsenereignissen aufzuzeichnen. Der Galactic Plane Survey wird einen anderen Ansatz verfolgen: Er wird einen breiteren Bereich der gesamten galaktischen Ebene beobachten, mit kürzeren, aber strategisch verteilten Beobachtungsserien. Diese Kombination wird es ermöglichen, endlich ein vollständiges Bild der Verteilung kompakter Objekte – von Weißen Zwergen und Neutronensternen bis zu einsamen Schwarzen Löchern – durch die gesamte Milchstraße zu erhalten.

Besonders interessant sind kompakte Binärsysteme, in denen sich zwei sehr dichte Objekte – zum Beispiel zwei Neutronensterne oder ein Paar Neutronenstern–Schwarzes Loch – in geringen Abständen umeinander drehen. Interaktionen in solchen Systemen führen zu Massentransfer, gewaltigen Explosionen und allmählichem Verlust von Orbitalenergie durch die Emission von Gravitationswellen. Wenn sie schließlich verschmelzen, wird eine enorme Menge an Energie freigesetzt, die von Detektoren wie LIGO und Virgo aufgezeichnet wird. Romans Daten über die Verteilung und Eigenschaften dieser Binärsysteme werden Astronomen helfen, die „Pfade“ besser zu verstehen, die zu spektakulären Verschmelzungen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern führen.

Flimmernde Sterne und kosmische Messlatten

Außer kurzzeitigen Mikrolinsenblitzen wird Roman auch zahlreiche andere Arten veränderlicher Sterne aufnehmen, die periodisch stärker oder schwächer werden. Einige von ihnen brechen plötzlich aus und stoßen Material in den umgebenden Raum aus, während sich bei anderen die Helligkeit rhythmisch ändert, weil sich ihre Sternhüllen periodisch ausdehnen und zusammenziehen. In früheren Missionen wurden viele dieser Phänomene von bodengebundenen Observatorien aus beobachtet, aber dichte staubige Regionen der galaktischen Ebene blieben oft außerhalb der Reichweite oder die Sterne waren so dicht gedrängt, dass es nicht möglich war, sie aufzulösen.

Romans Vorteil wird die Kombination aus scharfem Bild und Infrarotspektrum sein. Das Teleskop wird in der Lage sein, einzelne Sterne selbst in den dichtesten Teilen der Milchstraße klar zu trennen, und die Infrarotstrahlung wird es ihm ermöglichen, Staubschleier zu durchdringen. Auf diese Weise werden Astronomen erstmals systematisch veränderliche Sterne in Regionen kartieren können, die bisher fast völlig unerforscht waren.

Eine besonders wichtige Gruppe sind pulsierende Sterne, deren Schwingungsperiode direkt mit ihrer wahren, inneren Leuchtkraft verbunden ist. Wenn gemessen wird, wie schnell sie pulsieren, und ihre bekannte absolute Helligkeit mit der verglichen wird, die wir von der Erde aus sehen, ist es möglich, die Entfernung präzise zu berechnen. Solche Sterne dienen als „kosmische Messlatten“ und sind entscheidend für die Kalibrierung der Entfernungsskala in der Astronomie.

Roman wird diese „Weltraum-Leuchttürme“ viel weiter entfernt finden, als es bisher möglich war, besonders in den tieferen, staubigen Teilen des galaktischen Kerns und auf der fernen Seite der Scheibe. Dies wird ermöglichen, die Form und Größe der Milchstraße mit großer Genauigkeit zu messen, sowie die Dicke ihrer Scheibe, die Krümmung der Spiralarme und die Struktur des zentralen Balkens – einer langgestreckten Gruppe von Sternen, die durch den Kern der Galaxie verläuft.

Daten, die die Astronomie jahrzehntelang prägen werden

Die geplante Durchmusterung der galaktischen Ebene ist nur ein Teil des wissenschaftlichen Programms des Nancy Grace Roman Teleskops, aber zugleich auch derjenige, der unser tägliches Verständnis der Milchstraße am direktesten beeinflussen wird. Die enorme Menge an Daten – von Positionen, Geschwindigkeiten und Helligkeit von Milliarden von Sternen, über detaillierte Aufnahmen von Hunderttausenden von Sternenwiegen, bis hin zu Katalogen von Mikrolinsenereignissen und exotischen Binärsystemen – wird als Grundlage für unzählige nachfolgende Analysen dienen.

Diese Daten werden mit Karten kombiniert, die andere Teleskope bereits liefern oder noch liefern werden, von Gaias präziser Astrometrie bis zu Infrarot- und optischen Durchmusterungen von der Erde aus. Zusammen mit Ergebnissen aus dem Bereich der Detektion von Gravitationswellen und zukünftigen Weltraummissionen werden Romans Durchmusterungen helfen, das vollständigste Bild der Dynamik und Evolution der Milchstraße aufzubauen, das wir je hatten.

Für Astronomen auf der ganzen Welt, aber auch für Liebhaber der Astronomie, bedeutet die Bekanntgabe des detaillierten Plans des Galactic Plane Survey, dass ein neuer „großer Blick“ auf unsere Galaxie sehr nah ist. Wenn sich die Mission dem Start und danach den ersten wissenschaftlichen Ergebnissen nähert, wird gerade diese Durchmusterung zu einer der wichtigsten Datenquellen für jede ernsthaftere Studie der Milchstraße werden – von der Entstehung von Sternen und Planeten bis zu den Schicksalen der stärksten und exotischsten Objekte in unserer kosmischen Nachbarschaft.

Mehr Informationen über die Mission sind auf der offiziellen NASA-Seite des Nancy Grace Roman Teleskops zu finden, die regelmäßig Neuigkeiten über den Fortschritt der Vorbereitungen, technische Tests und geplante wissenschaftliche Programme bringt.