Archiv für die Kategorie ‘Sternenhimmel

Dunkle Materie. Oder: Warum Licht nicht alles ist   Leave a comment

596262_web_R_K_by_Steffen Ledwig_pixelio.de

Der Hantelnebel in der Galaxie M-7. Wie viel Dunkle Materie mag sich in ihm verbergen? Bild: Steffen Ledwig/pixelio.de

 

Eine der wirklich aufregenden Hoffnungen, die die Forscher am CERN in die neue Runde am LHC setzen ist das Auffinden von Dunkler Materie. Diese zunächst nur theoretische Idee, welche bereits in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts als Hilfsgröße definiert wurde, könnte unser Bild vom Universum grundlegend ändern. Der Dunklen Materie gesellt sich die Dunkle Energie bei, die vermutlich der Grund ist, warum sich das Universum immer weiter ausdehnt und dabei sogar schneller wird. Bemüht man die Materie- und Energiebilanzen dessen was wir sehen und messen können, müsste die Expansion sich verlangsamen, schließlich zum Stillstand kommen um dann in eine Kontraktion über zu gehen. Tatsächlich geschieht jedoch das Gegenteil, das Universum dehnt sich aus, und zwar mit zunehmender Geschwindigkeit.

What’s in a name“? Oder: kennen wir das Unbekannte am Ende schon?

Im Gegensatz zu Materie und Antimaterie zeichnet sich die Dunkle Materie durch eine ausgesprochene Faulheit (oder Arroganz?) aus: Sie interagiert mit nichts. Nicht einmal mit Licht. Selbst mit sich selbst hält sich die Interaktion sehr in Grenzen. Dies zeigte sich zum Beispiel bei der Untersuchung von Galaxiehaufen und deren Kollisionen. Manche Wissenschaftler befürchten nun, dass diese Form der Materie überhaupt nicht gefunden werden kann, andere hingegen sagen, am Ende kenne man diese Materie bereits, ohne es jedoch bemerkt zu haben. Erneut kommen die „Diven“ im Teilchenzoo, die Neutronen, Neutrinos und die neu entdeckten Neutralinos auf die Bühne des Interesses.

Sie haben ihren Namen von ihrem Verhalten, das ist nämlich weitgehend neutral. Man weiß, dass alles, absolut alles ständig von Neutronen und ihren „kleinen Geschwistern“ durchflossen wird. Diese zu finden, zum Beispiel in kosmischen Teilchenströmen, ist sehr aufwändig, jedoch gelang es unter anderem in Kalifornien. Der Grund, warum sie so schwer zu finden sind ist die Tatsache, dass sie ihre Anwesenheit so gut wie nicht durch irgendwelche Effekte kund tun, sie verhalten sich neutral. Dieses Verhalten zeigt sich auch bei der Dunklen Materie. Möglicherweise ist also die Familie der Teilchen deren Name mit „Neutro-“ beginnen muss, bei weitem die größte im Teilchenzoo.

Dunkle Materie – wie kam man eigentlich darauf?

Wie schon erwähnt, wurde die Dunkle Materie theoretisch bereits 1930 definiert. In dieser Zeit nahmen die Kenntnisse über die Gravitation, die Raumzeit und deren Auswirkungen regelrecht exponential zu. Entsprechend wurden auch die Größen, mit denen gerechnet wurde, immer genauer. Dabei zeigte sich, dass das was man an Materie und auch Antimaterie errechnen konnte, eigentlich nicht ausreicht, um geformte Körper zu erzeugen, die auch stabil waren, also den Gravitationskräften Stand halten konnten. Erwiesenermaßen haben wir aber Sonnen, Planeten und Galaxien. Man rechnete also sozusagen umgekehrt: Welche Massen wären nötig, um den bekannten Graviationskräften zum trotz stabile Körper zu haben? Die übrigens enorme Differenz zu dem was man kannte musste folgerichtig eine Form von Materie sein, die man nicht kannte und die, von ihrem Vorhandensein einmal abgesehen, keinerlei Effekte hatte. Da sie völlig im dunklen lag und auch nicht auf sich aufmerksam machte, nannte man diese Materie „Dunkle Materie“. Mit der Dunklen Energie verfuhr man genauso: Die bekannten vorhandenen Energien reichten nicht aus, um das Verhalten des Kosmos zu erklären. Also musste es auch Dunkle Energie geben.

Sollte die Dunkle Materie oder auch die Dunkle Energie direkt oder indirekt bewiesen werden, könnte das zum Beispiel ein faszinierendes Phänomen erklären: Wir wissen, dass unsere Atome zum größten Teil aus leerem Raum bestehen. Obwohl sie es eigentlich nicht dürften, sind sie stabil, nun ja, zumindest stabiler, als die wirkenden Kräfte im Atom es hinreichend erklären. Sollte es jetzt in der Tat Ströme von Dunkler Materie geben, die permanent alles durchfließen, so wäre dieses Phänomen erklärt: Atome verhalten sich wie die Figuren, die Sie vielleicht aus Fußballstadien kennen. Sie bleiben als Männchen mit wedelnden Armen erkennbar, weil sie ständig von einem Luftstrom durchweht werden. Ebenso könnten Atome ihre Stabilität erhalten, weil sie ständig durch Dunkle Materie „aufgeblasen“ werden. Und zu guter Letzt könnte ein solcher konstanter Strom mit seinen „Wellen“ erklären, warum alles schwingt.

Volle Power für den LHC

In einem Punkt sind sich alle Theoretiker einig: Dunkle Materiepartikel sind vermutlich wirklich enorm klein. Möglicherweise sogar noch kleiner als die kleinsten Teilchen die wir kennen, die Quarks. Die Annahme, die „Partikeltrümmer“ die der LHC bisher erzeugte seien schlicht zu groß um diese Form der Materie zu entdecken, ist also durchaus berechtigt. Was macht man, wenn man noch kleinere Splitter braucht? Genau! Man muss die Teilchenströme mit noch größerer Kraft aufeinander stoßen lassen! Das ist einer der Gründe, warum die Leistung des Large Hadron Collider in den letzten zwei Jahren nahezu verdoppelt wurde.

Man hofft, dass so ein Dunkler Materiesplitter freundlicherweise einmal kurz „aufleuchtet“ so das einer der Detektoren ihn „sehen“ kann. Das würde allerdings unser Weltbild zutiefst verändern. Neue Fragen würden auftauchen wie etwa die nach der Nutzbarkeit von Dunkler Materie und Dunkler Energie. Könnte es sich bei den Beiden um eine Art embryonale Form von Materie und Antimaterie, Energie und Antienergie handeln? Manche glauben das. So würde unser Bild vom Kosmos wieder ein wenig kompletter. Wir könnten verstehen, woher die Dinge kommen, die wir kennen. Woher allerdings die „Dunklen Zwei“ kommen, wäre dann das Rätsel für die nächsten Generationen. Auch für die Frage, was genau eigentlich Gravitation ist, könnte das Auffinden dieser rätselhaften physikalischen Entität einen wichtigen Hinweis liefern. Es wird also sehr spannend, und neben meinen, werden vermutlich noch viele andere Augen gespannt nach Genf blicken. Erkenntnisse von buchstäblich kosmischen Ausmaßen könnten in den nächsten Monaten gewonnen werden. Schauen Sie wieder vorbei, wann immer ich irgendetwas erfahre, werde ich Ihnen berichten und Ihnen auch meine eigenen Gedanken dazu nicht vorenthalten.

Werbeanzeigen

Veröffentlicht 4. April 2015 von Ina Ewers in Sternenhimmel

Getaggt mit , , , ,

Der Urknall war ganz leise   Leave a comment

Urknall aus der Sicht eines Künstlers. Bild: Didi01/pixelio.de

Urknall aus der Sicht eines Künstlers. Bild: Didi01/pixelio.de

Stellen Sie sich Folgendes vor: Ein ganz normaler Morgen in der Singularität. Wie schon immer ist absolut alles, also Raum, Zeit, Materie und Dimensionen so eng „zusammen gequetscht“ dass es nicht voneinander zu unterscheiden ist. Und plötzlich geschieht es. Aus Gründen, die wir bisher nicht kennen, erwachte diese Singularität sozusagen zum Leben und begann sich zu strecken! Sie tat genau das, sie dehnte sich plötzlich aus. Wie der Urknall für einen Beobachter ausgesehen haben mag, ist Gegenstand vieler Überlegungen. Beinahe sicher ist, dass es wirklich verdammt hell gewesen sein muss. Das Wort „Knall“ soll vermutlich eher das Plötzliche, Erschreckende, dass das Hören eines unerwarteten Knalls in uns auslöst, widerspiegeln. Auch versteht man eine plötzliche Ausdehnung meist als eine Art Explosion. Da aber noch nichts da war, dass nach „den Regeln der Kunst“ hätte explodieren können, war es das wohl eher nicht. Interessant ist, dass in allen bekannten Schöpfungsgeschichten das Licht als Erstes erschaffen wurde. Manche Götter riefen es, andere öffneten nach langem Schlaf die Augen und ihr Blick machte die tiefe Dunkelheit hell.

Beinahe gleichzeitig begannen die Raumzeit (ich ziehe den Einstein’schen Begriff der Vierten Dimension vor), die Dimensionen und Materie zu existieren. Dieses kosmische Standardmodell, wie die Theorie vom Urknall auch genannt wird, wird zwar gern und oft bezweifelt, scheint aber dennoch zumindest das Modell zu sein, dass den Tatsachen am nächsten kommt. Dafür spricht die Tatsache, dass man in der Wissenschaft einen Ablauf in beide Richtungen, also vorwärts und rückwärts, verfolgen kann, wenn man ein paar Daten kennt. Auch wenn uns das gar nicht passt, so ergibt sich aus der Urknalltheorie zwingend, dass unser Universum endlich ist, denn es hat ja nun auch einen Anfang.

Und wie kam man darauf?

Ich werde hier die sehr lange Geschichte der Entwicklung der Urknalltheorie sehr abkürzen. Einem bekannten Astronomen namens Edwin Hubble verdanken wir eine ganz fundamentale Erkenntnis: Das Universum dehnt sich aus. Wie lange es das noch machen wird, wohin und warum ist eine andere Frage. Doch hatte diese Erkenntnis eine wichtige Folge: Wenn es sich ausdehnt, muss es einen Urzustand vor der Dehnung geben. Und wenn es sich ausdehnt, dann muss es damit irgendwann einmal angefangen haben.

Zusammen mit den Kenntnissen um Licht, Bewegung und die Allgemeine Relativitätstheorie ermöglichte Hubbles Erkenntnis eine wichtige Zuordnung von Ergebnissen: Je weiter wir ins Universum „hinaus gucken“, um so älter ist das, was wir sehen. Wenn Sie heute Abend in den Sternenhimmel schauen, blicken Sie in die Vergangenheit. Mancher Stern, der da funkelt, ist längst nicht mehr da. Das Licht, das in Ihrem Auge ankommt brauchte hunderte oder gar tausende von Jahren, um hier sichtbar zu werden. Wenn Sie lesen, dass zum Beispiel der Polarstern, der hellste Stern am Himmel unserer Hemisphäre, etwa 431 Lichtjahre weg ist, so sehen Sie ihn heute Abend, wie er vor 431 Jahren ausgesehen hat, so lange waren die Photonen (Lichtteilchen/-wellen) die Ihre Netzhaut kitzeln, nämlich unterwegs.

Kosmische „Backgroundshow“

Vielleicht haben Sie von dem Phänomen des kosmischen Hintergrundrauschens schon einmal gehört. Als es zuerst auftauchte, dachten die beobachtenden Wissenschaftler zunächst, Ihre Anlagen seien kaputt. Die Idee, der Kosmos sei still war so verfestigt, dass man lieber an einen technischen Defekt glauben wollte. Nun, tatsächlich weiß man heute, das der Kosmos alles andere als still ist, vielmehr herrscht dort ein infernalischer Lärm, den wir aber mit unseren Ohren nicht direkt hören können. Auf Youtube finden Sie zum Beispiel Aufnahmen der Geräusche, die Planeten und Sterne machen. Manche schön, manche gespenstisch, aber alle eindeutig vorhanden.

Das Hintergrundrauschen könnte als Nachhall des Urknalls gesehen werden, ebenso wie die kosmische Hintergrundstrahlung als „Restleuchten“ des „Explosionsblitzes“, sehr vereinfacht verstanden werden könnte. Diese Hintergrundstrahlung ist im Infrarot-Bereich, also „heiß“ und ermöglicht durch die Rotverschiebung zum Beispiel eine ungefähre Altersbestimmung unseres Universums. Diese beiden Phänomene sind definitiv da. Die Urknalltheorie kann als einzige eine schlüssige Erklärung dafür geben.

Der Urknall als Sinnbild?

Der Urknall ist ein wirklich sehr ausuferndes Thema und, ob Sie’s glauben oder nicht, man könnte durchaus schlüssig behaupten, das wir auch „Urknalle“ produzieren! Ich will Ihnen gerne sagen, wie ich zu dieser Behauptung komme. Mit dem Urknall begann der wichtigste aller Abläufe, er erschuf die Bedingung für unsere Existenz. So weit, so gut. Aber wo, bitte schön, machen wir den „Urknalle“?? Ich habe zum Beispiel vor etwa einer Stunde einen gemacht: Ich entschied mich, diesen Text zu schreiben! Zugegeben, damit habe ich (wahrscheinlich) kein Universum erschaffen, aber eine Kausalitätskette. Eine solche Kette folgt, wie wir alle wissen, ganz eigenen Gesetzen. In diesem Fall legte ich das Thema fest, erzeugte ein Konzept und begann Daten, die ich nicht präsent hatte zu recherchieren. Moment; beim Urknall entstanden die Dimensionen und die Materie, also das Grundgerüst des Universums, richtig? Könnte man beides nicht durchaus vergleichen?

Ich begann also, den Text auszuarbeiten. Zunächst wusste ich nicht, was dabei herauskommen würde, doch das ergab sich, anhand der Rahmenbedingungen, die sich aus meiner Entscheidung ergeben hatten, nahezu zwingend. Ebenso zwingend entstanden im Universum nach dem Urknall Gaswolken, die wiederum Sterne hervorbrachten, Planeten nebst Bewohnern und was man so kennt. Die entstandenen Umstände ließen dies zu, möglicherweise sogar nur dies. All das, zusammen mit den Naturgesetzen, die irgendwie auch mit dem Urknall entstanden sind, nennen wir Realität. Da ich dazu neige, Informationen zu verknüpfen lag für mich der Gedanke nahe, dass jede Entscheidung, die wir treffen durchaus als eine Art „Mini-Urknall“ der eine eigene Realität, nämlich die Folgen unserer Entscheidung erzeugt, gesehen werden kann. Auch der Ablauf ist irgendwie ähnlich: Bevor wir etwas entscheiden, scheinen oft genug alle Möglichkeiten gleichwertig. Manche sind so eng beieinander, dass wir sie nicht unterscheiden können. Haben Sie schon mal gelesen heute, gell? Sobald wir eine Entscheidung treffen, beginnt etwas, das auch wieder enden wird. Dieses Ende kann ein neuer Anfang sein, und so weiter.

Und jetzt wird es Zeit für eine, wie ich finde, extrem spannende Frage: War das was wir den Urknall nennen DER Urknall, oder nur EIN Urknall? Wir werden uns im weiteren Verlauf dieses Blogs auch mit dem Ansatz, es könne eine Aneinanderreihung von Urknall-Ereignissen gegeben haben und noch geben, natürlich beschäftigen. Für heute wünsche ich Ihnen gutes Gelingen und optimale Ergebnisse bei Ihren „Mini-Urknallen“ und größte Schönheit für all die „Mini-Universen“, die Sie erschaffen.

Veröffentlicht 3. Oktober 2014 von Ina Ewers in Sternenhimmel

Getaggt mit , , , , ,

Der Blick zu den Sternen…   Leave a comment

Orion Bild: Tim Ruster/pixelio.de

Orion Bild: Tim Ruster/pixelio.de

….inspiriert die Menschheit schon seit ihren Anfängen. Himmelsbeobachtung brachte ein Verständnis von Zeit und Jahreszeiten, die großen „Lichter“ an unserem Himmel, Sonne und Mond, hatten lange Zeit göttlichen Status. Offensichtlich, weil bereits sehr früh ein rudimentäres Verständnis dafür entstand, dass wir diesen Beiden unsere Existenz überhaupt verdanken. Doch haben wir Erdbwohner noch andere „himmlische Helfer“. Wussten Sie, dass die Erde ihre Lage im habitablen (bewohnbaren) Bereich des Sonnensystems nur auf Grund der Anziehungskräfte ihrer Nachbarplaneten hält?

Vermutlich ist das Leben, wie wir es heute kennen kosmischen Ursprungs. Man nimmt an, dass erste Aminosäuren und Eiweißbausteine auf den Kometen „ritten“ die in die junge Erde einschlugen und so die ersten Samen für Leben legten. Woher diese Samen allerdings dann kamen, ist bisher noch Gegenstand heftiger Kontroversen und intensiver Forschung.

Urknall, Schwarze Löcher und Sternennebel

Diese für viele Menschen äußerst faszinierenden Himmelsphänomene werden hier ebenfalls immer wieder Thema sein. Ebenso die faszinierende Dunkle Materie: Man weiß, dass es sie gibt. Man weiß ebenfalls, dass sie vermutlich keine Ladung hat, also weder elektrisch noch magnetisch ist. Man geht davon aus, dass sie überall ist. Darüber hinaus ist sie vermutlich der Grund, warum das Universum nicht unmittelbar nach dem Urknall wieder kollabierte, wie es das laut Stephen Hawking hätte tun müssen, wenn es sich an die Gesetze der Physik halten würde. Glücklicherweise tat es das nicht, denn sonst könnten wir uns heute nicht an diesen Fragen den Kopf zerbrechen.

Das Auffinden erdähnlicher Planeten, die Erkundung des Mars und die verschiedenen Aktivitäten von Raumsonden werden hier ebenso ihren Platz finden, wie Gammablitze, Supernovae und Sternennebel, in denen neue Galaxien geboren werden. Natürlich wird auch unser Sonnensystem, die Planeten und unsere Milchstraße hier immer wieder Thema sein.

Je mehr wir über die Astrophysik und die Kosmologie wissen, um so weniger kommt man an diesen Disziplinen vorbei, wenn man das Leben und vor allem das, was wir unsere Realität nennen, verstehen will. Die Erde, das Sonnensystem, die Milchstraße sind nicht etwa eine Enklave, sondern nur ein Teil des Kosmos. Wollen wir unsere Welt verstehen, müssen wir jenes Große, Ganze verstehen, von dem sie ein winziger, schimmernder, blauer Teil ist.

Veröffentlicht 5. September 2014 von Ina Ewers in Sternenhimmel

Getaggt mit , , , , , ,