Wie sucht man Dunkle Materie?
Werbung
Spike Teleskop Observer Array STOA II Wie sucht man Dunkle Materie? Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 Wie sucht man Dunkle Materie? Tja Dunkle Materie[1]? Immer wieder ein gern genommenes Thema. Die beeinflusst ja alles. Die Rotation von Sternen, von Galaxien, von GalaxienHaufen, von Galaxien-Superhaufen. 90% der Materie besteht aus Dunkle Materie. Und das heißt, sie ist nicht schwarz oder so, das sie als Dunkle Wolken irgendetwas verdecken würde, sich durch Absorption erkennen und messen ließe, nee nee nee nee nee... Thema 28 Sie hat keinerlei Wechselwirkung[2] mit Licht, oder irgendeiner Strahlung, Wir erkennen sie nur durch ihre Wirkung als Gravitation, ihrer Schwerkraft, und sonst nichts. lig anderes sein muss, als die Materie, die wird kennen, sogenannte Baryonische Materie[4]. Das Material woraus auch wir bestehen. und die Astrophysiker fragen sich in der tat, was und vor allem wo die dunkle Materie denn nun ist. Wie ist sie verteilt? Ist das gleichmäßig? Also sie ist da, sie muss wahnDas suchen nach Dunkler Ma- sinnig schwer sein, und desterie ist deshalb so schwierig, halb hat sie wahnsinnig viel weil sie sich komplett unseren Gravitation. Untersuchungsmöglichkeiten entzieht. Und wenn einem immer etwas vorenthalten wird, wird man Klar ist nur, das es etwas völ- verständlicherweise neugierig, Gibt es überhaupt eine Möglichkeit irgendetwas darüber zu erfahren, was Dunkle Materie ist und was sie macht. Deshalb ist heute die Frage: „Wie sucht man Dunkle Materie?“ HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Seite 1 von 8 Spike Teleskop Observer Array STOA II Wie sucht man Dunkle Materie? Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 Möglicherweise erfahren wir und sich deshalb auch das rigens bei Christie´s verstei- Wert,“ sagte Einstein weiter: über ihre Verteilung schon ein Licht verbiegt, weil das Licht gert worden und brachten „aber der arme Kerl hat seine kleines bisschen mehr. ja dem Raum folgen muss.“ 50.190£.) Freude dran.“ Wie gesagt, sie ist nicht nur Nebenbei: dunkel, sie ist völlig unsichtbar. Sie ist einfach nur schwer Albert Einstein hatte 1916 die und sonst nichts! Allgemeine Relativitätstheorie[7] auf gestellt und bei der Angefangen hat alles damit, Sonnenfinsternis[8], am 29. das Einstein[5] sich über etwas Mai 1919, konnte man nachGedanken gemacht hat. weisen, das sie stimmt. Das ist eine ganz witzige Anekdote. Ein Tschechischer Ingenieur namens Rudi W. Mandel fragte 1936 Albert Einstein[5]: „Ja, sagen sie mal Herr Einstein, sie haben ja ausgerechnet, das Sterne das Licht verbiegen. Vielmehr, das der Raum durch die Schwerkraft verbogen wird Thema 28 Mandel wollte von Einstein wissen, ob es nicht eine Linsenwirkung gibt, die solche Raumkrümmungen verursachen. Eine Gravitationslinse[9] quasi. Einstein hat dann etwas ´rum gerechnet, fand dann auch Natürlich musste man die Son- ´was ´raus und schrieb seiner ne komplett abdecken, damit Zeit dem Herausgeber der man Sterne in ihrer Nähe, des- Zeitschrift „Science“[10][11]: sen Licht sich gekrümmt hat, überhaupt entdecken konnte. „Ich danke ihnen für Ihr entAber man sah genau, wie der gegenkommen, bezüglich der Lichtstrahl um die Sonne Arbeit über die Linsenwirkung herum verbogen wurde. von Sternen, die Herr Mandel aus mir herausgepresst hat.“ [6] (Die original Briefe sind üb- „Die Arbeit sei nicht viel HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Später stellte sich allerdings heraus, das Einstein sich völlig verschätzt hat, lag komplett daneben. Soviel steht mal fest. Wenn Einstein gewusst hätte, was für ein Analyseinstrument[12][13] er da entdeckt hatte, dann hätte er wahrscheinlich seine „kleine Arbeit“ von damals nicht so wertlos betrachtet. Es gibt viele Bilder, auf denen deutlich wird, was mit einer Gravitationslinse gemeint ist. Galaxienhaufen bilden scheinbar kreisrunde Strukturen aus, die natürlich nur eine Folge Seite 2 von 8 Spike Teleskop Observer Array STOA II Wie sucht man Dunkle Materie? der Gravitation sind, und nicht und meinte, das große Massen real existent. die Räume noch viel mehr krümmen, das Licht sich viel Der Raum ist verzogen, verbo- mehr verziehen müsste. gen, fast könnte man meinen, es gäbe einen Ring um diese Große Massen, bedeutet große Galaxienhaufen. Schwerkraft, und große Schwerkraft bedeutet, das die Einstein hat dann 1936 errech- Wege des Licht´s noch mehr net, wie es sich genau verhält, verbogen werden. wenn ein Stern vor dem Anderen herläuft, und sich dadurch Und Zwicky hatte recht. 1979 die Leuchtkraft des Hinteren hatte man das erste mal DopSterns scheinbar ändert, pelbilder gesehen dessen Licht ja jetzt durch die Gravitationslinse des vorderen Die beiden Quasare QSO 223 Sterns fällt. Was dabei heraus und QSO 0305. Ja es sind 2 kam, war der Einstein Ring[15]. Himmelskörper nicht 5, wie man auf Bildern meinen könnUnd dann trat der Schweizer te. Eben gerade das ist der Physiker Fritz Zwicky, der am Gravitationslinseneffekt. California Institute of Technologie arbeitete[17], auf den Plan Jeder der Beiden wird noch Thema 28 Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 einmal gespiegelt, und aus ei- mehr Masse als die Galaxien ner Mischung der Beiden, ent- selber. steht in der Mitte noch ein Objekt, was gar nicht da ist. Nun wuseln alle Galaxien in dem Galaxien-Haufen herum. In den ´80ziger Jahren begann Die müssen ja irgendwo her man nun sich diesen Effekt zu ihren Antrieb bekommen, die Nutze zu machen, verfeinerte tun das ja nicht zum Spaß, und ihn in den ´90ern, und nun be- da kommt nur die Gravitation nutzt man diesen Effekt als für in Frage. Das Problem ist kosmische Brille. nur, die Gravitation der sichtbaren Materie reicht nicht [18] Ein Galaxienhaufen besteht aus, um diese Bewegungen zu erst einmal aus den Galaxien erklären. Da muss also noch die drin sind, das ist klar. etwas anderes sein. Nun stellte sich mit Hilfe der Röntgenteleskopie[19] heraus, das diese Galaxien noch eine gigantische Blase aus Gas[18] um sich herum haben und davon auch durchdrungen sind. Dieses Gas enthält viel HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Das kann man nur erklären mit Dunkler Materie. Also massereiches Material, welches sich ausschließlich durch seine Wirkung zeigt, und sonst nicht. Seite 3 von 8 Spike Teleskop Observer Array STOA II Man geht nun bei und nimmt diese Verzerrungen, die man auf den Bildern sieht, als Maß dafür, wie die Verteilung der Dunklem Materie sein muss. Ok, das war jetzt nicht so einfach, noch mal von vorne. Eine Linse[20] hat entsprechend ihren Brechungseigenschaften[21] ihre Wirkung auf das durchscheinende Licht. Bei einer Lupe wird alles größer, wenn der Abstand größer wird, wird es irgendwann verkehrt ´rum. Wenn man von vorne in ein Fernglas schaut, wird alles kleiner. Das sind normale Brechungseigenschaften, die sich aus der Wechselwirkung zwischen Licht und Material ergeben. Thema 28 Wie sucht man Dunkle Materie? Glas ist anders als Wasser, als einmal wissen, wie sieht mein Beispiel. Beim Wasser kennen Galaxien-Haufen aus? wir den Effekt, das ein Stab geknickt aussieht. Anschließend muss ich wissen, wie sieht er unverzerrt Je nach Material ist der Bre- aus? chungsindex[21] ein anderer. Nicht jeder Strich am Himmel So, und nun kommt ein Trick! ist eine verzerrte Galaxie. Es sind ja auch Galaxien da drauMan hat sich überlegt: „Wenn ßen, die sehen wir nur von der ich eine bestimmte Verzerrung Seite, und dann erscheinen sie sehen, wie muss dann die als Strich, mehr oder weniger. Linse dazu beschaffen sein?“ So wie wir unsere Milchstraße nur von der Seite sehen. DesEs ist also die Frage danach, halb sehen wir nur einen Streiwas zwischen mir, als Beob- fen am Himmel. Wir sitzen in achter und dem was ich beob- der Scheibe drin, und wenn achten will liegen muss, damit wir uns um schauen, ist oben ich das sehen, was ich sehe. und unten fast nichts, weil alles auf einer Scheibe um uns So etwas heraus zu finden ist herum liegt. nicht einfach. Ich muss ja erst HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 Die nächste Schwierigkeit besteht darin, die Wechselwirkungen der vielen Galaxien in einem Galaxien-Haufen zu ermitteln, um zu erfahren, wie sich die Brechungseigenschaften zusammensetzten und sie möglicherweise über einen zu definierenden Zeitraum auch verändern. Um meine Linse also genau kennen zu können, muss ich sie exakt vermessen. Interessant ist sowieso, warum es diese größten Galaxien Anordnungen überhaupt gibt. Wie sich diese Galaxien-Haufen[18] bilden konnten, wo doch sonst das ganze Universum expandiert, auseinander fliegt. Seite 4 von 8 Spike Teleskop Observer Array STOA II Wie sucht man Dunkle Materie? Wie kann da etwas in sich zu- thoden das heraus zu finden, sammenfallen? und was fand man? Viel, echt viel! Galaxien-Haufen haben es offensichtlich geschafft, sich zu- So und nu´ kommt´s. sammen zu halten, und das konnten sie nur, weil es die Es gibt Galaxien-Haufen die Dunkle Materie gibt. Alles sind soweit von uns entfernt, Material was wir sonst mes- dass wir die wirklichen Bilder, sen, wäre nicht ausreichend. also das Licht was sie wirklich Es muss einfach viel mehr abstrahlen, gar nicht sehen Gravitation da sein, sonst können, weil sie zu weit weg funktioniert es nicht. sind. Die sind soweit weg, dass das Licht hier nicht mehr Wenn nun auf einem Bild ein ankommt. Galaxien-Haufen abgebildet ist und man sieht diesen Ring Nun gibt es riesen große Karauf dem Bild, spürt man förm- ten vom Himmel. Und man lich, wie viel Dunkle Materie geht nun, theoretisch natürlich in diesem Galaxien-Haufen nur, mit einer Gravitationslindrin stecken muss. se über den Himmel und schaut nach Verzerrungen. Nun gibt es verschiedene Me- Wenn man eine Verzerrung geThema 28 funden hat, kann man statistisch ermitteln: „Da ist ein Galaxien-Haufen.“ Obwohl man ihn gar nicht wirklich sieht. Was man sieht, sind nur seine gravitatorischen Auswirkungen. Man konstruiert im Computer eine Gravitationslinse, zieht die über den Himmel und stellt fest: „Hier, da und dort muss einer sein.“ Wir haben unsere Beobachtungsmethoden unglaublich verbessert in den letzten Jahren, und können sehr viel weiter in die Vergangenheit zurückschauen. Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto länger brauchte ja das Licht zu uns. Also ist der HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 Blick ins Universum immer ein Blick in der Zeit zurück. Das was wir heute hier sehen, war da schon längst gewesen. Aber wir sind bisher noch alles andere als perfekt. Ziel der Astronomen ist es soweit in die Vergangenheit schauen zu können, das sie in die Entstehung des Universums schauen können. Also etwa 12 – 13 Milliarden Jahre zurück. Also auch 12 – 13 Milliarden Lichtjahre, das ist etwa der beobachtbare Rand des Universums. Wenn wir das wollen, haben wir ein Problem, weil die Leuchtkraft dieser Objekte natürlich unglaublich schwach ist. Aber wir sehen diese verSeite 5 von 8 Spike Teleskop Observer Array STOA II zerrten Bilder. Und nun versucht man mit Computern, solchen Objekten auf die Schliche zu kommen. Wie sucht man Dunkle Materie? Alles fliegt auseinander und an irgendeiner Stelle sagt sich das Universum: „Nöööö ich expandiere hier nicht mehr, ich bilde mal Galaxien, GalaDann könnten man Fragen be- xien-Haufen, Sterne und antworten wie: „Wann hat das Planeten und all so ´was. Mal denn alles angefangen? Wann sehen wie das ist?“ gab´s denn die ersten Galaxien?“ Oder was?.. ich weiß es nicht. Das weiß keiner, warum das Also das ist wirklich noch ein so ist. Wir wissen nur, das es Rätsel. Warum sich überhaupt nicht reicht, die normale, also Galaxien-Haufen entwickelt uns bekannte Materie für die haben. Alles fliegt auseinander Theorie zu benutzen, weil das nur die Haufen nicht... iss viel zu wenig wäre. Es muss doch komisch. eine Form der Materie geben, die für uns noch im Dunkeln Wie kann dann überhaupt liegt. etwas zusammenfallen, das muss sich ja abgekoppelt Für Albert Einstein war das haben, vom Rest des Univer- eine einfache Sache. Da ist ein sums, oder wie geht das? Stern, und noch einer, und die Thema 28 Gravitationen beeinflussen sich gegenseitig, es bilden sich ein paar Doppelbilder, da war für ihn der Fall erledigt. Für Einstein, so heißt es, war das nur eine akademische Plauderei. De facto sind solche Gravitationslinsen heute DIE Methode um große Masse-Verteilungen im Universum zu entdecken, zu kartografieren und zu entschlüsseln. Wo liegt die Dunkle Materie und gibt es Räume in denen überhaupt nichts ist? Ja, auch die gibt es. Das sind sogenannte Voids[22]. Unvorstellbar große Gebiete, in denen wir keine leuchtenden Galaxien finden. Da ist nichts, HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 gar nichts. Also nicht mal unglaublich wenig oder so, nein. Gar Nichts. Da taucht natürlich die Frage auf: Ist da vielleicht auch dunkle Materie? Das ganze Universum stellt sich dar als eine Art Bienenstock-Wabe. Wo nur an den Verbindungen etwas ist, und ansonsten ist da nichts, absolut leerer Raum. Vielleicht leben wir auch im Gehirn Gottes? Wer weiß? Das bläuliche Bild sind Synapsen in einem Gehirn und das Bild oben stellt die Materialverteilung im Universum dar. Gewisse Ähnlichkeiten regen zur Seite 6 von 8 Spike Teleskop Observer Array STOA II Spekulation an, finde ich. Diese Auffassung ist augenblicklich wissenschaftlich natürlich nicht haltbar, aber nur mal so für die Vorstellung. Wie sucht man Dunkle Materie? die Verteilung einer Form von Materie gemessen, von der wir wissen, das unsere Existenz davon abhängig ist, mit einer Präzision wie Albert Einstein sich das 1936 überhaupt nicht Mit einer unglaublichen Ge- hat vorstellen können nauigkeit werden heute Materialverteilungen festgestellt, Und somit ist es schön zu se- Thema 28 Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 hen, wie aus einer akademischen Plauderei eine Methode wird, die in der modernen Astrophysik eine ganz wichtige Rolle spielt und nicht mehr wegzudenken ist. ren Erfolg zu sehen, eine andere. Eine Methode die genial ist zu entwickeln, ist eine Sache, ih- Albert Einstein HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Holzhacken ist deshalb so beliebt, weil man sofort den Erfolg sieht. Seite 7 von 8 Spike Teleskop Observer Array STOA II Wie sucht man Dunkle Materie? Spike Venus, Sim 3 Kapitel 4 von 12 Quellennachweis [1] Dunkle Materie %C3%A4tstheorie [17] California Institute of Technologie http://de.wikipedia.org/wiki/Dunkle_Materie [8] Sonnenfinsternis am 29 Mai 1919 http://en.wikipedia.org/wiki/California_Institute_ [2] Wechselwirkung http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis_vo of_Technology http://de.wikipedia.org/wiki/Wechselwirkung m_29._Mai_1919 [18] Galaxienhaufen [3] Gravitation [9] Gravitationslinseneffekt http://de.wikipedia.org/wiki/Galaxienhaufen http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitation http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationslinseneff [19] Röntgenteleskop [4] Baryonische Materie ekt http://de.wikipedia.org/wiki/R http://de.wikipedia.org/wiki/Baryonische_Materie 10 Science http://de.wikipedia.org/wiki/Science %C3%B6ntgenteleskop [5] Albert Einstein [11] Science Magazin http://www.sciencemag.org/[20] Linse http://de.wikipedia.org/wiki/Linse_ http://de.wikipedia.org/wiki/Einstein [12] Analyse %28Optik%29 [6] Versteigerung der original Briefe https://de.wikipedia.org/wiki/Analyse [21] Brechungseigenschaften /Brechungsindex http://translate.google.com/translate? [13] Instrument https://de.wikipedia.org/wiki/Brechungsindex hl=de&sl=en&tl=de&u=http%3A%2F https://de.wikipedia.org/wiki/Astronomisches_Ins [22] Void http://de.wikipedia.org/wiki/Void_ %2Fwww.christies.com%2Flotfinder%2Flot trument %28Astronomie%29 %2Feinstein-albert-a-collection-of-3983428[14] Gravitationslinse [23] Wie sucht man Dunkle Materie Teil 1 details.aspx%3FintObjectID%3D3983428 https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationslinsenef http://www.youtube.com/watch?v=EBW[7] Sonnenfinsternis Mai 1919 fekt#Starker_Gravitationslinseneffekt 4gWf3xw&list=PLF2D6BB02EC696B50 http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis_vo [15] Einstein Ring [24] Wie sucht man Dunkle Materie Teil 2 m_29._Mai_1919 http://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_ring http://www.youtube.com/watch? [7] Relativitätstheorie [16] Fritz Zwicky v=0TCppnthJ94&list=PLF2D6BB02EC696B50 https://de.wikipedia.org/wiki/Relativit http://en.wikipedia.org/wiki/Fritz_Zwicky Thema 28 HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Venus http://soloton.selfhost.eu Seite 8 von 8
