Der deutschsprachige TV-Sender
für Wissenschaft und Technologie
Gewähltes Tag dunkle Materie
Die dunkle Seite des Universums
Beitrag
Von MACHO, WIMP und anderen Exoten des Himmels
Wir wissen heute, dass für unsere Instrumente nur etwa zehn Prozent der Materie im Universum sichtbar und damit nachweisbar sind. Der Rest von neunzig Prozent besteht aus für uns nicht beobachtbarer dunkler Materie und dunkler Energie. Der Lösung eines der großen Rätsel wollen Astrophysiker mit Weltraumsonden und erdgestützter Forschung näher kommen. Die Reportage von HYPERRAUM.TV stellt den Stand des heutigen Wissens vor.
Einem Teil dieser bisher unsichtbaren Masse kommen Astrophysiker dank verbesserter Technologien und Detektoren auf die Spur: nur extrem schwach strahlende oder gar dunkle Himmelskörper bevölkern das Universum offenbar in großer Zahl. Dazu gehören die noch hypothetischen miniaturisierten Schwarzen Löcher, aber auch die schon nachgewiesenen Braunen Zwerge und extraterrestrischen Planeten. Astrophysiker rechnen diese Objekte der Klasse der MACHO zu – also Massive Astrophysical Compact Halo Objects. Mit Hilfe des Microlensing-Effektes können diese Objekte aber zunehmend indirekt nachgewiesen werden: schiebt sich ihre Masse – von der Erde aus betrachtet – vor einen sichtbaren Stern, wirkt sie als Gravitationslinse. Eine eigene Forschungsrichtung der Astrophysik ist daraus erwachsen, die in letzter Zeit mit etlichen Entdeckungen, auch im Bereich der Exoplaneten, auf sich aufmerksam machte.
Bei den ebenfalls noch hypothetischen WIMP – für Weakly Interacting Massive Particles – handelt es sich um nur schwach wechselwirkende Elementarteilchen. Sie müssten den Raum in extrem großer Zahl bevölkern. Wie Neutrinos könnten sie Planeten wie alle Körper vollkommen ungestört durchqueren.
Noch spekulativer ist die sogenannte dunkle Energie. Aber auch sie hat eine konkrete Beobachtung zur Ursache: Seit etwa zwanzig Jahren wissen wir, dass die Expansionsgeschwindigkeit des Universums zunimmt. Diese Beobachtung widerspricht der Theorie des gängigen kosmologischen Standardmodells. Ihr zufolge sollte die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum aufbläht, seit dem Urknall stetig abnehmen. Warum das nicht so ist, gehört heute noch zu den großen Rätseln der Astrophysik.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
CERN – das größte unterirdische Labor der Welt
Beitrag
“Large Hadron Collider”: Beschleunigter Zusammenstoß
Um die atomaren Bausteine der Welt zu analysieren, beschleunigen Wissenschaftler Materie-Teilchen in einer 27 Kilometer langen Ringbahn annähernd auf Lichtgeschwindigkeit und lassen sie dann kollidieren. Der Beitrag des CERN erklärt in 3 Minuten, wie die Teilchenphysiker des bei Genf gelegenen CERN über den Beginn des Universums forschen.
Der neueste Beschleuniger-Typ im CERN, seit 2000 in Betrieb, ist der LHC-Tunnel. LHC steht für “Large Hadron Collider”. Als „Hadronen“ bezeichnet man bestimmte Arten von Elementarteilchen wie das Proton, den Kern des Wasserstoff-Atoms. Im Ring des LHC sind zudem vier Haupt-Detektoren untergebracht. Sind die im LHC in entgegen gesetzter Richtung laufenden Teilchenstrahlen auf Hochgeschwindigkeit gebracht, kommt es in den Detektoren zu ihrer gezielten Kollision. Dabei entstehen für sehr kurze Zeit Sekundärteilchen. In den Detektoren zeichnen in dieser kurzen Zeitspanne 150 Millionen Messkanäle 40 Millionen Mal pro Sekunde Daten auf. Deren Auswertung gibt Kernphysikern unter anderem Aufschluss über Fragen, die mit der Entstehung von Materie am Anfang des Universums zusammenhängen. Auch der Erforschung der Dunklen Materie gilt ein besonderes Augenmerk der Forscher im CERN.
© CERN 2006
Dunkle Materie
Beitrag
Der Stoff, der die Welt zusammenhält
Unser Universum – es besteht aus hundert Milliarden Galaxien mit Abermilliarden von Sternen, Planeten und Monden, und selbst in den leeren Zwischenräumen findet sich noch das eine oder andere Wasserstoffatom. Doch zu 96 Prozent besteht das Weltall aus etwas, was niemand bislang gesehen hat und die Wissenschaftler immer noch nicht erklären können: aus Dunkler Materie. Wenn sie nicht existierte, sähe unser Universum völlig anders aus. Dann müssten zum Beispiel rotierende Spiralgalaxien, die sich mit einer Geschwindigkeit von 800.000 Kilometern pro Stunde um ihr Zentrum drehen, eigentlich durch die Fliehkraft ihrer Bewegung auseinandergerissen werden. In ihrer interdisziplinären Forschung sind drei Max-Planck-Institute in München, Garching und Heidelberg mit verschiedenen Experimenten dem Stoff, der das Weltall zusammenhält, auf der Spur, in Deutschland, Europa und der ganzen Welt. Auf dem Spiel steht nicht nur eine physikalische Theorie, sondern unser gesamtes Weltbild.
© Max-Planck-Gesellschaft 2005
