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Samstag, 20. November 2010
Astronomen stellen Dunkle Materie infrage:



Wien/ Österreich - Mit einer aktuellen Studie stellen österreichische Astronomen die Existenz der sogenannten "Dunklen Materie" und damit eine fast schon zum astrophysikalischen Dogma gewordene Vorstellung in Frage.

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt untersuchen Gerhard Hensler vom Institut für Astronomie der "Universität Wien" und sein Kollege Pavel Kroupa von der "Universität Bonn" sogenannte Gezeiten-Zwerggalaxien. Sie sind in jenen großen Materieauswürfen (Gezeitenarmen) zu finden, die beim Verschmelzen zweier Galaxien entstehen.

Für die Astronomen bedeutet das bessere Verständnis der Gezeitenzwerge, sich von der Theorie der Dunklen Materie zu entfernen, ohne die sich, so die immer mehr verbreitete astronomische Vorstellung, die Existenz unseres Universums nicht erklären lasse. Dabei ist sie bislang nicht direkt beobachtbar, soll aber aber die Masse im Universum bei weitem dominieren und trete gravitativ mit sichtbarer Materie zwar in Wechselwirkung, ohne sich jedoch wie diese zu verhalten.

In ihrer aktuellen Publikation im Journal "Astronomy and Astrophysics" stellen die Forscher die Existenz der Dunklen Materie infrage, nach der schon seit den 1970er-Jahren erfolglos gesucht wird.

"Die Idee der Dunklen Materie hat sich derart festgesetzt, dass viele keine Kritik daran akzeptieren", so Hensler, der diese Haltung teilweise nachvollzieht: "Auf großen Skalen funktioniert die Theorie wunderbar. Es gibt zurzeit keine bessere Erklärung für bestimmte Phänomene, die wir zwar beobachten, aber nicht allein mit der Masse der sichtbaren Materie erklären können." Dazu gehöre u.a., dass Galaxien so schnell rotieren, dass die Sterne darin nicht den Gesetzen der Fliehkraft entsprechen. Kalte Dunkle Materie hält angeblich dank ihrer Masseanziehung diese Galaxien zusammen.

Das Szenario der Dunklen Materie wankt jedoch, sobald man sich auf kleine Skalen begibt. Gerhard Hensler vom Institut für Astronomie der Universität Wien und sein Bonner Kollege Pavel Kroupa untersuchen Satellitengalaxien, die um unsere Milchstraße kreisen: "Hier passen die Vorhersagen vorne und hinten nicht mit den Beobachtungsdaten überein." In ihrer aktuellen Publikation präsentieren sie gemeinsam mit weiteren Kollegen aus Deutschland, Frankreich und Australien fünf Widersprüche, die das Dunkle-Materie-Modell vor massive Probleme stellen. Die Ergebnisse basieren auf Beobachtungsdaten von rund 50 Satellitengalaxien der Milchstraße und des Andromeda-Nebels.

Einer dieser Widersprüche ist die Diskrepanz zwischen den errechneten und den beobachteten Masse-Leuchtkraft-Verhältnissen in Satellitengalaxien: Nach dem CDM-Szenario sollten sie umso heller leuchten, je mehr Dunkle Materie sie enthalten, da Dunkle Materie sichtbare Materie anzieht. "Die Ergebnisse unserer Parameterstudie weichen jedoch eindeutig von den Vorhersagen der Simulationen ab", erläutert Hensler.

Weiter sollten dem Modell zufolge mindestens 1.000 Satellitengalaxien um unsere Milchstraße und den Andromeda-Nebel kreisen. "Tatsächlich sehen wir aber nur 25, und die sind nicht zufällig verteilt wie die Theorie vorhersagt, sondern bilden eine Art Scheibe." Deshalb bevorzugen die beiden Wissenschafter die These, dass diese Zwerggalaxien als Gezeitengalaxien entstanden sind.

Auch weitere Beobachtungen, etwa Schwankungen in der Rotationskurve von Galaxien, können mit den Modellvorstellungen von Dunkler Materie nicht erklärt werden: "Wir müssen anfangen, Alternativen ernsthaft in Erwägung zu ziehen", so Hensler. Dazu zählt die Anpassung der Newtonschen Gravitationstheorie - wie es die Vertreter der Modifizierten Newtonschen Dynamik (MOND-Theorie) versuchen. "Vermutlich liegt die Ursache sogar noch tiefer in den Grundfesten unserer Physik", so Hensler.



Die Zwerggalaxie "Leo I" im Sternbild Löwe, die vom Stern Regulus - dem hellsten Stern im Sternbild - überstrahlt wird | Copyright/Quelle: Russell Croman / univie.ac.at

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Mittwoch, 26. Januar 2011
Dunkle Materie wirkt nicht als Wachstumsfaktor für Schwarze Löcher:

Garching/ Deutschland - Massereiche schwarze Löcher gibt es im Zentrum fast aller Galaxien, von welchen die größten Exemplare auch von den größten Halos aus Dunkler Materie umgeben sind. Wissenschaftler vermuteten deshalb, dass es eine direkte Verbindung zwischen Dunkler Materie und schwarzen Löchern geben und dass somit die Physik exotischer Materie das Wachstum eines schwarzen Lochs bestimmen könnte. In einer umfangreichen Studie konnten Forscher am "Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik", der "Universitätssternwarte München" und der "University of Texas" in Austin nun nachweisen, dass die Masse eines schwarzen Lochs nicht direkt mit der Masse des Halos aus Dunkler Materie zusammenhängt. Die Masse des Schwarzen Lochs hängt vielmehr von der Entstehung des galaktischen Bulges ab.

- Bei der folgenden Meldung handelt es sich um eine Pressemitteilung des "Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik", mpe.mpg.de

Galaxien wie unsere Milchstraße bestehen aus Milliarden Sternen sowie gewaltigen Mengen an Gas und Staub. Diese Komponenten können bei unterschiedlichen Wellenlängen beobachtet werden, vom Radio- und Infrarotbereich für kühlere Gebiete bis hin zu optischen und Röntgenwellenlängen für Teile, die auf hohe Temperaturen aufgeheizt wurden Darüber hinaus gibt es noch zwei weitere wichtige Komponenten, die dagegen keinerlei Licht aussenden und sich nur durch ihre gravitative Wirkung bemerkbar machen.

So sind alle Galaxien in einen Halo aus "Dunkler Materie" eingebettet, der weit über die sichtbaren Ränder der Galaxie hinausreicht und den größten Teil ihrer Masse beiträgt. Auch wenn dieser Halo nicht direkt beobachtet werden kann, so kann er doch aufgrund seiner Wirkung auf die Bewegung der Sterne, Gas und Staub vermessen werden. Die Beschaffenheit der Dunklen Materie ist bislang unbekannt, allerdings vermuten Wissenschaftler, dass sie aus exotischen Teilchen bestehen, die sich grundlegend von der normalen (baryonischen) Materie unterscheiden.


Der zweite unsichtbare Bestandteil einer Galaxie ist das extrem massereiche schwarze Loch in ihrem Innern. In Spiralgalaxien befindet es sich im so genannten "Bulge" (Ausbuchtung), dem dichten Zentralbereich dieser Galaxien. Im Zentrum unserer Milchstraße befindet sich ein schwarzes Loch, das etwa vier Millionen Mal schwerer ist als unsere Sonne. Derartige oder noch massereichere Schwerkraftmonster konnten in allen leuchtkräftigen Galaxien mit zentralen Bulges nachgewiesen werden, bei denen eine direkte Suche möglich war. Die Astronomen nehmen an, dass die meisten oder sogar alle Galaxien mit einem Bulge ein schwarzes Loch in ihrem Zentrum beherbergen. Auch diese Komponente der Galaxie kann aber nicht direkt beobachtet werden. Die Masse des schwarzen Lochs ergibt sich vielmehr aus der Bewegung der Sterne in seiner Umgebung.

Seit 2002 gibt es Spekulationen, dass eine enge Korrelation zwischen der Masse des schwarzen Lochs und der äußeren Rotationsgeschwindigkeit in galaktischen Scheiben bestehen könnte, die vom Dunklen Materie-Halo bestimmt wird. Dies würde bedeuten, dass die unbekannte Physik der exotischen Dunklen Materie auf irgendeine Weise das Wachstum des schwarzen Lochs bestimmt. Andererseits wurde schon einige Jahre zuvor gezeigt, dass die Masse des schwarzen Lochs gut mit der Masse des Bulges oder der Leuchtkraft korreliert. Da größere Galaxien im Allgemeinen auch größere Bulges besitzen, war nicht klar, welche dieser Korrelationen nun tatsächlich das Wachstum der schwarzen Löcher bestimmt.

Um diese Frage zu beantworten, untersuchten John Kormendy und Ralf Bender Galaxien, die in massereichen Halos aus Dunkler Materie eingebettet sind und damit hohe Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen, die aber nur kleine oder gar keine Bulges haben. Dabei fanden sie heraus, dass Galaxien ohne Bulge - selbst wenn sie von massereichen Dunklen Materie-Halos umgeben waren - im besten Fall schwarze Löcher sehr kleiner Masse enthielten. Die Forscher konnten damit zeigten, dass das Wachstum der schwarzen Löcher hauptsächlich mit der Entstehung eines Bulges und nicht mit der Dunklen Materie zusammenhängen.

"Man kann sich nur schwer vorstellen, wie eine über große Entfernungen dünn verteilte Dunkle Materie das Wachstum eines schwarzen Lochs in einem winzigen Raum tief im Innern einer Galaxie beeinflussen könnte", sagt Ralf Bender vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und der Universitätssternwarte München. John Kormendy von der Texas-Universität fügt hinzu: "Es ist weitaus plausibler, dass die schwarzen Löcher durch Gas aus ihrer Umgebung wachsen, insbesondere während der Entstehungsphase der Galaxien."

Im allgemein anerkannten Bild der Strukturbildung im Universum werden die Scheiben von Galaxien durch häufige Verschmelzungen mit anderen Galaxien durcheinandergewirbelt, wodurch Gas ins Zentrum fallen kann. Dies löst zum einen eine erhöhte Sternentstehungsaktivität aus und führt dem schwarzen Loch zum anderen Material zu. Kormendys und Benders Beobachtungen deuten darauf hin, dass dies in der Tat der dominierende Prozess ist, der zur Entstehung und zum Wachstum schwarzer Löcher führt.

Quellen: mpe.mpg.de / grenzwissenschaft-aktuell.de



Die Sombrero-Galaxie (M104, NGC 4594) ist ein Beispiel für eine Galaxie, die von einem Bulge dominiert wird. Sie enthält ein schwarzes Loch mit etwa 1000 Millionen Sonnenmassen. | Copyright: HST, STScI

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Samstag, 2. April 2011
Dunkle Materie könnte einsamen Planeten Leben einhauchen:



Batavia/ USA - Sogenannte Steppenwolf-Planeten, Planeten also, die ohne an einen Stern gebunden zu sein (...wir berichteten), durchs All treiben und - so die gängige Annahme – eigentlich aufgrund der fehlenden Energiequelle lebensfeindlich sind, könnten durch Dunkle Materie sozusagen zum Leben erweckt werden, so eine aktuelle Studie.

Wie Dan Hooper und Jason Steffen vom "Fermilab" in ihrer vorab via "arxiv.org" veröffentlichten Studie darlegen, könnte ein solcher sonnenloser Planet beim Durchfliegen von Regionen mit einem hohen Anteil an Dunkler Materie die ihnen sonst in Ermangelung eines Muttergestirns fehlende Wärme dadurch erhalten, dass sein Innerstes von den Dunkeln Partikeln derart aufgewärmt wird, dass sich sogar an seiner Oberfläche Temperaturen entwickeln, die Wasser in flüssiger Form ermöglichen.

Das bisherige Problem mit Dunkler Materie liegt jedoch darin, dass Astronomen zwar glauben, ihre Existenz durch ihre Gravitationswechselwirkung auf normale Materie nachweisen zu können, dass jedoch bislang niemand genau sagen kann, um was es sich bei Dunkler Materie eigentlich handelt.

Viele Forscher vermuten jedoch, dass sie aus sogenannten aber immer noch hypothetischen WIMP-Partikeln besteht. Wie ihr Name "Weakly Interacting Massive Particles" schon sagt, handelt es sich dabei um nur "schwach wechselwirkende massereiche (Elementar-)Teilchen". WIMPS, so die Theorie, besitzen keine Ladung und somit auch kein elektrisches oder magnetisches Feld, so dass ihre Wechselwirkung mit Materie sich auf Gravitation und die sehr kurzreichweitige schwache Wechselwirkung beschränkt.

Stoßen WIMP-Teilchen jedoch miteinander zusammen so lösen sie sich wahrscheinlich in einem Partikelstrahl auf. Bei diesem Vorgang, so Steffen und Hopoper, könnte Wärme entstehen, die dann von der umgebenden normalen Materie absorbiert würde. In ihrer Studie haben die beiden Forscher nun ausgerechnet, wie viel Hitze entstehen würde, wenn WIMP-Teilchen einen frei durchs All treibenden Planeten durchfliegen, sie in dessen Inneren auf hier bereist regelrecht gefangene WIMPs stießen und so zur angedachten Reaktion kommen würde.

Den Grund, weswegen beispielsweise die Erde sich auf diese Weise nicht erkennbar aufheizt, sehen die Wissenschaftler in dem Umstand begründet, dass diese mit 26.000 Lichtjahren zu weit vom Galaktischen Zentrum und gleichzeitig also auch weit genug von Konzentrationen Dunkler Materie entfernt liegt.

Planeten, wie sie die Galaxie jedoch deutlich näher zu deren Zentrum durchstreifen, könnten derartige Regionen mit konzentrierter Dunkler Materie durchfliegen und dabei in etwa jenes Wärmepotential durch die innere WIMP-Erwärmung erreichen, wie es die Erde durch die Einstrahlung der Sonne erhält.

Der Effekt, so die Wissenschaftler, würde zudem erwartungsgemäß mehrere Billionen Jahre anhalten, da die Gravitation des Planeten weiterhin Dunkle Materie anziehen würde. "Es würde sich also um die ultimative nachhaltige Energiequelle handeln", zitiert "NewScientist.com" die Forscher. "Ein sonnenloser Stern könnte in ferner Zukunft also auch als Zufluchtsort der Menschheit von Interesse werden."

Während andere Astronomen die Grundidee der Studie für interessant halten, glauben sie zugleich jedoch nicht, dass sich die Theorie jemals überprüfen lassen werde, da die von Hooper und Steffen angedachten Planeten Regionen unserer Milchstraße durchfliegen müssten, wie sie jenseits der Reichweiten unserer derzeitigen Teleskoptechnologie liegen, um auf dortigen Planeten eventuell vorhandenes flüssiges Wasser nachweisen zu können.

Indirekt, so Steffen und Hooper, könnte jedoch die derzeitige Suche nach Dunkler Materie selbst eine Schlussfolgerung auch auf ihre Theorie zulassen. "Sollte innerhalb der nächsten 10 Jahre trotz der enormen Aufwendungen keine Dunkle Materie entdeckt werden, so bedeutete dies, dass Dunkle Materie grundsätzlich zu schwach mit gewöhnlicher Materie reagiert, als dass ein Planeteninneres von ihr genügen aufgewärmt werden könnte."

Sollte Dunkle Materie jedoch in der hierzu notwendigen Form nachgewiesen werden, so könnte sie in einigen Fällen entsprechende Planeten sogar so sehr aufwärmen, dass es auf ihren Oberflächen wiederum zu warm für Leben nach irdischen Maßstäben werden könnte.

Erst vor wenigen Wochen haben zwei US-Astronomen bereits weitere Denkmodelle vorgelegt, in welchen "Steppenwolf-Planeten" trotz fehlender Sonne Leben beherbergen könnten (...wir berichteten, s. Link).


Künstlerische Interpretation eines frei und alleine im All treibenden Planeten (Illu.) | Copyright/Quelle: eso.org, grewi.de

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Mittwoch, 4. Mai 2011
Im Inneren der Erde und im All - Der Dunklen Materie auf der Spur:



Berlin/ Deutschland - Die normale Materie, aus welcher Sterne, Planeten und nicht zuletzt auch wir Menschen bestehen, macht gerade einmal fünf Prozent der insgesamt im Universum existierenden Materie aus. 23 Prozent, so vermuten Wissenschaftler, bestehen aus der immer noch mysteriösen "Dunklen Materie" und 72 Prozent aus "Dunkler Energie". Derzeit laufen gleich mehrere Forschungsprojekte, deren Ziel es ist, Dunkle Materie und Dunkle Energie nachzuweisen.

Theoretische und experimentelle Indizien sprechen dafür, dass sie Dunkle Materie aus noch unbekannten Elementarteilchen besteht, die überall im Universum vorhanden sind. Physiker nennen sie WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), weil sie mit normaler Materie so gut wie keine Wechselwirkung eingehen. "Aus diesem Grund haben sich die Teilchen bisher jedem direkten Nachweis entzogen und machen sich lediglich über ihre Schwerkraft in astronomischen Beobachtungen bemerkbar", erläutert die Presseinformation des "Max-Planck-Institut für Kernphysik" (mpi-hd.mpg.de) in Heidelberg.

Im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor läuft denn auch derzeit das Experiment "Xenon100", mit dem eine internationale Kollaboration die mysteriösen Teilchen direkt nachzuweisen sucht. Vor kurzem veröffentlichten die Forscher die Auswertung von hundert Tagen Messzeit: Ein signifikantes Signal für Dunkle Materie liegt zwar noch nicht vor, aber genau daraus ergeben sich die weltbesten Einschränkungen für Massen und Wechselwirkungsstärken der WIMPs, die bereits merklich in den vorhergesagten Bereich reichen. Die jüngsten Resultate des Detektors "Xenon100" haben auch Auswirkungen auf die Theorie der Teilchenphysik und die Experimente am Beschleuniger LHC des CERN in Genf.

Laut Manfred Lindner, der das "Xenon100"-Experiment am "Max-Planck-Institut für Kernphysik" leitet, besteht der Detektor "aus einem Tank, der mit 162 Kilogramm extrem reinem flüssigen Xenon gefüllt ist. Stößt hierin ein WIMP mit einem Atom zusammen, so löst es einen Lichtblitz aus, und es erzeugt gleichzeitig elektrische Ladungen. Wird ein solches Doppelereignis gemessen, ist dies ein Hinweis auf die Existenz eines Dunkle-Materie-Teilchens, dessen Masse sich auch bestimmen ließe."



Eine sehr große technische Herausforderung besteht darin, den Detektor vor Störstrahlung - vor allem durch natürliche Radioaktivität - zu schützen. Dafür wurde das Xenon extrem gereinigt und der Detektor mit mehreren Schichten aus unterschiedlichen Materialien gegen äußere Einflüsse abgeschirmt.

Bislang konnten drei solcher Ereignisse gemessen werden. Diese stimmen jedoch mit der Vorhersage der Wissenschaftler für die in hundert Tagen statistisch zu erwartenden Störereignisse überein, weswegen die Forscher noch vorsichtig sind aber erklären, dass das Ergebnis nur Grenzen für WIMPs liefert. Aktuell laufe der Detektor mit deutlich verbesserter Reinheit. "Wir sind daher sehr gespannt, was die Analyse dieser Daten später im Jahr bringen wird", so Lindner.

"Wir haben damit den Bereich, in dem es WIMPs geben kann, stark eingeschränkt. Theoretische Vorhersagen legen für diese Teilchen einen wahrscheinlichsten Massenbereich fest, der in der Größenordnung von 100 Gigaelektronenvolt liegt, was etwa der Masse eines Xenon-Atomkerns entspricht. Genau in dieses Gebiet sind wir mit Xenon100 vorgestoßen und haben es stark eingeengt. Der erlaubte Bereich für die WIMPs wird also immer kleiner."

Schon der Teilchenbeschleuniger LHC am "Europäischen Kernforschungszentrum" (CERN) könnte die theoretisch vorhergesagten WIMPs jetzt schon nachweisen, vorausgesetzt, dass sich die WIMPs in dem vorhergesagten Massenbereich befinden.

Zwar könnten WIMPs auch sehr viel leichter und damit für den Xenon100-Detektor nicht mehr messbar sein, doch verliere man dann das sogenannte WIMP-Wunder. "Damit bezeichnen wir die Tatsache, dass neue Teilchen, wie sie aus den Unzulänglichkeiten des Standardmodells der Teilchenphysik erforderlich werden, aus dem Urknall automatisch die richtige Menge an Dunkler Materie liefern", erläutert Lindner. "Man sieht hier schon, dass wir gewissermaßen ein vielteiliges Puzzle zusammensetzen, und es ist bemerkenswert, wie Indizien aus ganz verschiedenen Bereichen konsistent zusammenpassen. Leichte oder sehr leichte WIMPs passen hier deutlich schlechter ins Gesamtbild. Aber ausschließen kann man sie nicht."

Neben der Verfeinerung der Messwerte planen die Forscher für das nächste Jahr eine vergrößerte Version von "Xenon100" unter der Bezeichnung "Xenon1T" mit 2,5 Tonnen Xenon, wie er 2014 fertig gestellt werden und dann 2015 erste Messungen liefern soll.

Selbst wenn mit diesen Aufwendungen kein direkter Nachweis der dunklen Materie gelingen sollte, wäre dieser Umstand für die Wissenschaftler "höchst interessant, weil damit die Frage, was Dunkle Materie wirklich ist, noch mysteriöser würde."

Neben "Xenon100" bemühen sich Wissenschaftler auch im Weltraum um den Nachweis für Dunkle Materie. Hier soll das "Alpha-Magnet-Spektrometer" (AMS) mit verschiedenen Detektoren an der Außenseite der Internationalen Raumstation "ISS" die kosmische Strahlung im Weltraum untersuchen. Mit dem für kommende Woche angesetzten Start des Space Shuttle "Endeavour" wird die Ausrüstung hierfür zur Raumstation gebracht.


Rund 500 Wissenschaftler aus 16 Ländern sind an dem vom "Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt" (DLR, dlr.de) unterstützten Projekt beteiligt. Das Ziel der Forscher ist es, Hinweise auf Dunkle Materie und Antimaterie zu entdecken. "Mit dem AMS-Experiment wird erstmals auch die Astrophysik in der wissenschaftlichen Nutzung der ISS Einzug halten", betont DLR-Vorstandsvorsitzender Prof. Johann-Dietrich Wörner.

Mit einem kräftigen Magneten soll das Spektrometer die geladenen Teilchen der kosmischen Strahlung durch die Detektoren lenken und diese Teilchen dann wie eine riesige Kamera abbilden. "Das AMS ist ein Instrument in einer Größenordnung, wie wir es normalerweise nur auf der Erde betreiben würden", erklärt der deutsche Projektleiter Prof. Stefan Schael von der "Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule" (RWTH) Aachen. Hier würde man jedoch lediglich die Zerfallsprodukte der Weltraum-Strahlung feststellen können, denn diese treten mit der schützenden Erdatmosphäre in eine Wechselwirkung - und gelangen daher nicht mehr in ihrer ursprünglichen Form auf die Erde. "Die große Herausforderung war es also, ein Präzisionsinstrument in den Weltraum zu bringen, das auch den Start mit dem Shuttle übersteht", betont der Projektleiter. "Normalerweise schließen sich hohe Messgenauigkeit, große Empfindlichkeit und solche Robustheit, wie sie ein Shuttlestart verlangt, aus." Schließlich misst der Spurdetektor, das Herzstück des Instruments, die Durchstoßpunkte der Teilchen mit einer Genauigkeit von einem Zehntel eines Haardurchmessers, erläutert die Pressemitteilung des DLR.

Die aktuelle Mission mit dem AMS-02 soll vor allem dazu beitragen, das Rätsel um die Dunkle Materie und die Antimaterie zu lösen. "Von dem, was unser Universum ausmacht, können wir derzeit gerade einmal vier Prozent mit unserer Physik erklären - den übrigen 96 Prozent haben wir Namen wie 'Dunkle Materie' und 'Dunkle Energie' gegeben, wissen darüber aber so gut wie nichts", sagt Schael.

Zurzeit geht die Wissenschaft davon aus, dass die Dunkle Materie aus neuen Elementarteilchen besteht, die zum Beispiel dafür sorgen, dass unsere Sonne in einer stabilen Bahn um das Zentrum der Milchstraße kreist. "Nur, wenn wir der Dunklen Materie auf die Spur kommen, können wir sagen, ob diese Theorie Sinn macht." Das AMS fahndet im Weltall ebenfalls mit einer bisher unerreichten Empfindlichkeit nach Anti-Materie. Dabei gehe es um eine der wichtigsten aktuellen Fragen in der Physik, erklärt Schael. In der Astrophysik gilt nach heutigem Stand die Hypothese, dass nach dem Urknall ebensoviel Materie wie Antimaterie entstand. Bisher wurde jedoch im Weltall noch keine Antimaterie entdeckt. "Würden wir mit AMS zum Beispiel einen Anti-Kohlenstoff-Atomkern messen, wäre das ein Hinweis darauf, dass unser Universum in der Tat symmetrisch ist und nach dem Urknall eine räumliche Trennung zwischen Materie und Antimaterie stattgefunden hat."

Pro Sekunde werden die Detektoren des AMS etwa 2000 Teilchen "sehen", die durch das Experiment an der Außenseite der ISS fliegen. Für jedes einzelne dieser Teilchen, die zum Beispiel von den Überresten gewaltiger Supernova-Explosionen im All zeugen, können dabei nicht nur die Energie, sondern auch Masse und elektrische Ladung bestimmt werden. "Wir erstellen uns mit dem AMS damit quasi eine Fotografie von diesem Teilchendurchgang mit allen Detektoren." Ausgestattet ist das Alpha-Magnet-Spektrometer für einen Betrieb an der Raumstation ISS über mehrere Jahrzehnte. Damit erfasst es die kosmische Strahlung auch über einen ganzen solaren Zyklus hinaus, bei dem sich alle elf Jahre das Magnetfeld der Sonne ändert.

"Wir stehen mit unserer Forschung noch ganz am Anfang", sagt Schael. "Aber bereits jetzt ist sicher: Mit dem AMS werden wir viel über die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung lernen und somit auch darüber, wie unsere Galaxie aufgebaut ist."


Falle für Dunkle Materie: Zum Schutz vor kosmischer Strahlung befindet sich das "Xenon100"-Experiment unter 1400 Meter Fels im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor. WIMPs können die Erde durchdringen und erreichen den Detektor, der durch mehrere Schichten aus Wasser, Blei, Plastik und Kupfer gegenüber Radioaktivität aus dem Gestein abgeschirmt ist. Bei der Reaktion eines WIMP im flüssigen Xenon werden Lichtblitze erzeugt, die Photomultiplier (im Bild) registrieren | Copyright: Rice University

"Astronews.com - "Dunkle Materie":
http://www.astronews.com/forum/forumdisplay.php?f=33

http://www.astronomie-heute.de/artikel/966285&_z=798889

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Die Signatur der baryonischen akustischen Oszillationen (weiße Kreise) in Galaxienkarte hilft den Astronomen dabei, die Geschichte des sich ausdehnenden Universums nachzuvollziehen. Diese schematischen Bilder zeigen das All zu drei verschiedenen Zeiten: Das Falschfarbenbild rechts zeigt den kosmischen Mikrowellenhintergrund, ein Bild des sehr jungen Universums vor 13,7 Milliarden Jahren. Aus den damals kleinen Dichteschwankungen entwickelten sich die Galaxienhaufen und -filamente, die wir heute sehen. Diese Schwankungen enthalten auch die Signatur der ursprünglichen baryonischen akustischen Oszillationen (weißer Ring, rechts). Als sich das Universum ausdehnte (Mitte und links), blieb die Information über die BAO erhalten und kann aus dem mittleren Abstand der Galaxien abgelesen werden (größere weiße Kreise). Die Ergebnisse von SDSS-III gelten für Galaxien in einer Entfernung von etwa 5,5 Milliarden Lichtjahren; vergleicht man diese Ergebnisse mit früheren Messungen von Galaxien in einer Entfernung von 3,8 Milliarden Lichtjahren (links), so kann man messen, wie stark sich das Universum im Laufe der Zeit ausgedehnt hat. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | Copyright: E. M. Huff, the SDSS-III team, and the South Pole Telescope team / Graphic by Zosia Rostomian


Garching/ Deutschland - Ein internationales Astronomenteam hat die Verteilung der Galaxien im frühen Universum neu und so präzise vermessen wie nie zuvor. Dabei drangen die Forscher in eine Schlüsselepoche vor: Fünf bis sechs Milliarden Jahre vor unserer Zeit wurde die Ausdehnung des Universums nicht mehr langsamer, sondern das All nahm aufgrund der geheimnisvollen dunklen Energie Fahrt auf und begann, zu beschleunigen.

Die Ergebnisse hat das Team der "Baryon Oscillation Spectroscopic Survey" (BOSS), an dem auch Forscher des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik beteiligt sind, auf der deutsch-britischen Astronomietagung NAM2012 in Manchester präsentiert.

- Bei der folgenden Meldung handelt es sich um eine Pressemitteilung des Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, mpe.mpg.de

BOSS ist Teil der Himmelsdurchmusterung "Sloan Digital Sky Survey" (SDSS-III) und begann im Jahr 2009 mit seinem Blick zurück zu einer Zeit, als die dunkle Energie im Universum anfing, eine wichtige Rolle zu spielen. Noch bis 2014 wird das Projekt mit einem speziell entwickelten neuen Spektrografen am 2,5-Meter-Sloan-Teleskop auf dem Apache Point Observatorium in New Mexico (USA) Daten von 1,35 Millionen Galaxien sammeln.

In den ersten eineinhalb Jahren hat BOSS bereits ein Zehntel des Himmels abgetastet und für mehr als 250.000 Sternsysteme deren dreidimensionale Positionen bestimmt. Daraus haben die Astronomen jetzt eine genaue und vollständige Verteilung der Galaxien bis zu einer Entfernung von etwa sechs Milliarden Lichtjahren ermittelt.

Die Galaxien bilden ein „kosmisches Netz“ mit vielen unterschiedlichen Strukturen, die wertvolle Informationen über unser Universum enthalten.

Für die Wissenschaftler von Interesse sind insbesondere die baryonischen akustischen Oszillationen (BAO), da sie ihnen eine Standard-Messlatte an die Hand geben. BAO sind Überreste aus der Frühphase des Universums, als es eine heiße und dichte Teilchensuppe war. Kleine Dichteschwankungen durchliefen diese Suppe als Druck- und Schallwellen.



Als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, sank der Druck ab – und die weitere Ausbreitung dieser Wellen wurde nach etwa 500 Millionen Lichtjahren gestoppt. Dadurch wurden die Wellen gleichsam eingefroren; sie bildeten sich in der Materieverteilung ab und lassen sich heute in der Galaxienkarte ablesen: So ist die Wahrscheinlichkeit, zwei Galaxien in diesem Abstand zu finden, etwas höher als über größere oder kleinere Entfernungen.

Misst man nun die scheinbare Größe dieser BAO-Skala in der Verteilung der Galaxien, so erhält man Hinweise zu kosmischen Entfernungen. Kombiniert mit einer Messung der Galaxienrotverschiebung – einem Maß dafür, wie schnell sich die Galaxien als Folge der kosmischen Expansion von uns entfernen – können die Wissenschaftler somit die Ausdehnungsgeschichte des Universums rekonstruieren. Damit liefern die BOSS-Daten zusammen mit früheren Analysen jetzt Informationen, um die Parameter des kosmologischen Standardmodells auf eine Genauigkeit von besser als fünf Prozent zu bestimmen.

"Alle unterschiedlichen Messungen deuten auf dieselbe Erklärung", sagt Ariel Sanchez, Wissenschaftler am Garchinger Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und Erstautor bei einem der sechs Artikel, die heute veröffentlicht werden. "Die dunkle Energie ist konsistent mit Einsteins kosmologischer Konstante – einer kleinen, aber nicht vernachlässigbaren Energie, die den Raum kontinuierlich dehnt und damit die beschleunigte Expansion des Universums antreibt."

Neben der dunklen Energie dienen die Informationen aus der großräumigen Galaxienverteilung aber auch dazu, um andere wichtige physikalische Parameter wie die Krümmung des Universums, die Masse des Neutrinos oder die Phase der Inflation im frühen Universum einzugrenzen. "Aktuelle Beobachtungen zeigen, dass das Universum flach sein muss, mit einer Genauigkeit von besser als 0,5 Prozent", erklärt Sanchez. "Und während wir auf der einen Seite einen derart globalen Parameter auf kosmischen Maßstäben messen, können wir gleichzeitig Informationen über Neutrinos auf den kleinsten Skalen erhalten."

Neutrinos sind winzige Elementarteilchen. Obwohl eine Reihe von Experimenten gezeigt hat, dass diese eine Masse haben müssen, können die Wissenschaftler nicht sagen, wie viel sie wiegen, da man das nur schwer in einem Labor messen kann. Doch als zusätzliche Komponente in der heißen, frühen Phase des Universums haben die Neutrinos Einfluss auf das Wachstum von Strukturen. Damit enthält die Verteilung der Galaxien, wie sie von BOSS sondiert wird, Informationen über die maximale Masse, welche die Neutrinos haben dürfen. "Wir haben hier wirklich die Verbindung zweier extremer Welten: der sehr, sehr großen und der sehr, sehr kleinen", sagt Sanchez.

Aufgrund der hohen Qualität der neuen Daten konnte das BOSS-Team sogar neue Hinweise auf die kosmische Inflation erhalten, einer Zeit kurz nach dem Urknall, als sich das Universum unglaublich schnell ausdehnte. Während der kosmischen Inflation wurden kleine Bereiche des Alls so stark aufgeblasen, dass sie heute das gesamte, für uns beobachtbare Universum bilden. Gleichzeitig wurden auch die winzigen Quantenfluktuationen aufgebläht und bildeten so die Keime der Strukturen, die uns die BOSS-Daten noch heute zeigen.

"Es gibt einen regelrechten Zoo aus alternativen Inflationsmodellen. Mit BOSS bekommen wir neue wichtige Hinweise auf die inflationäre Phase des Universums, und können so den Markt der verfügbaren Modelle etwas ausdünnen", erklärt Ariel Sanchez. Bisher jedoch stimmen alle Messungen sehr gut mit dem kosmologischen Standardmodell überein, das aus ein paar Prozent gewöhnlicher Materie, etwa einem Viertel dunkler Materie und dem Rest aus dunkler Energie besteht.

Aber Ariel Sanchez ist vorsichtig: "Das ist nur der Anfang. Wenn wir die kompletten fünf Jahre an BOSS-Daten haben, können wir viel engere Grenzen erwarten. Und es gibt auch eine Reihe zukünftiger Projekte, wie EUCLID, die uns noch bessere Messungen liefern werden. Damit werden wir den Antworten auf die großen offenen Fragen der Kosmologie einen Schritt näher kommen."

Quellen: mpe.mpg.de / grenzwissenschaft-aktuell.de

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Stammt das in Galaxien gefundene unidentifizierte Röntgensignal von der lange gesuchten Dunklen Materie? | Copyright: epfl.ch


Lausanne (Schweiz) - Obwohl sie unsichtbar ist und auch sonst mit der uns bekannten normalen Materie lediglich anhand ihrer Schwerkraft in Wechselwirkung tritt, soll Dunkle Materie einen Großteil der Materie unseres Universums ausmachen. Bislang fehlte jedoch jeglicher Beweis dafür, dass die exotische Materie überhaupt existiert. Jetzt aber haben Forscher in den Daten des europäischen Röntgenteleskops "XMM-Newton" ein Röntgensignal gefunden, von dem die glauben, dass es sich um ein Signal Dunkler Materie handelt. Die Entdeckung könnte die Astronomie revolutionieren.

Wie Alexey Boyarsky und Oleg Ruchayski von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL) vorab auf arXiv.org und in der kommenden Ausgabe des Fachjournals "Physical Review Letters" berichten werden, haben sie die ungewöhnliche Spitze in den Röntgenemissionen (s.Abb.) gleich zweier Objekte entdeckt: In der Andromeda-Gaalxie und dem Perseus-Galaxienhaufen.

Das Signal stimme mit keinem bekannten Partikel oder Atom überein und könne somit von Dunkler Materie produziert werden, so die Forscher und führen weiter aus: "Die Verteilung des Signals innerhalb der Galaxien stimmt genau mit dem überein, was wir von Dunkler Materie erwarten: Es ist im Zentrum der Objekte intensiv und konzentriert und wird in Richtung deren Ränder schwächer und diffuser." Um ihre Entdeckungen zu verifizieren haben die Forscher auch im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, nach dem Signal gesucht, da hier ebenfalls konzentrierte Dunkle Materie vermutet wird - und es tatsächlich gefunden.

Wissenschaftler haben bereits eine ganze Reihe an exotischen Teilchen vorgeschlagen, anhand derer sich Dunkle Materie verraten könnte. Zu diesen gehören nur schwach interagierende dichte Partikel (sog. WIMPs), Axione und sterile Neutrinos, die sozusagen das Gegenteil gewöhnlicher Neutrinos darstellen. Es ist der Zerfall dieser sterilen Neutrinos, von dem Wissenschaftler ausgehen, dass er Röntgenstrahlen produzieren, wie sie nun vermeintlich gefunden wurden.

Sollten sich die nun vorgestellten Ergebnisse bestätigen, so könnten sie eine neue Ära der Astronomie einläuten, zeigen sich die Forscher fasziniert: "Eine Bestätigung unserer Entdeckung könnte zur Konstruktion neuer Teleskope führen, die ganz gezielt darauf ausgerichtet sind, Signale Dunkler Materie zu studieren", so Boyarski. "Dann werden wir genau wissen, wo wir suchen müssen, um Strukturen Dunkler Materie zu finden und werden dann in der Lage sein zu rekonstruieren, wie das Universum entstand."

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Symbolbild (Illu.)
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Sydney (Australien) – Die Lichtgeschwindigkeit, das plancksche Wirkungsquantum und die newtonsche Gravitationskonstante gehören zu den physikalischen Naturkonstanten die sich für gewöhnlich weder beeinflussen lassen noch räumlich oder zeitlich verändern – Naturkonstanten eben. Jetzt zeigen australische Wissenschaftler aber, dass Dunkle Materie diese vermeintlich festen physikalischen Größen nach und nach beeinflussen und verändern könnte. „Dieser Vorgang könnte dann auch bedeutende Auswirkungen für unser Verständnis über den Ursprung des Lebens haben“, so die Wissenschaftler.

Schon 1937 vermutete Paul Dirac, dass sich die Gravitationskonstante mit der Zeit abschwächen könnte. In ihrem vorab auf „ArXiv.org“ sowie aktuell im Fachjournal „Physical Review Letters “ (DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.201301) veröffentlichten Artikel, erläutern Yevgeny V. Stadnik und Victor V. Flambaum von der University of New South Wales, dass sich Dunkle Materie – rein theoretisch – auf die Naturkonstanten derart auswirken könnte, dass sie entsprechend der Oszillationen (Schwingungen) innerhalb der Dunklen Materie selbst oszillieren und sich so verändern könnte.

„Um dies jedoch herbeizuführen, müssten die grundsätzlich nur sehr schwach wechselwirkenden Partikel der Dunkle Materie in der Lage sein, auch zu einem kleinen Anteil mit den Teilchen des physikalischen Standardmodells zu interagieren“, erläutern die Wissenschaftler. Und genau diese Möglichkeit zeige ihre Arbeit auf.

In ihrem Modell schlagen die Forscher vor, dass die bislang lediglich theoretisch angenommene Dunkle Materie ursprünglich aus schwach wechselwirkenden Teilchen mit geringer Masse bestand. Laut diesem Modell bildeten große Mengen dieser Partikel dann zusammen ein oszillierendes Feld. Da diese Teilchen aber nur sehr schwach mit jenen des Standardmodells interagieren, könnten sie auch Milliarden von Jahre überdauert haben und heute noch als das existieren, was wir als Dunkle Materie bezeichnen.

Und obwohl diese Dunkle Materie nur schwach mit normaler Materie interagiert, tut sie doch genau dies. Die Grenze diese Wechselwirkung haben Stadnik und Flambaum sodenn berechnet und erkannt, dass diese Interaktion über lange Zeit hinweg Veränderungen in den Naturkonstanten herbeiführen könnte.

„Dieser Vorgang könnte dann auch bedeutende Auswirkungen für unser Verständnis über den Ursprung des Lebens haben“, so das Forscherduo gegenüber „Phys.org„. „Die Naturkonstanten sind sehr fein mit der Existenz des Lebens im Universum abgestimmt. Während die Naturkonstanten nur minimal anders als sie es heute sind, wäre das Leben (wie wir es heute kennen) nicht entstanden. Die Entdeckung sich verändernder Naturkonstanten könnte uns dabei behilflich sein, ein wichtiges Licht auf jene physikalischen Konstanten zu werden, denen wir das heutige Leben verdanken. Wir sind einfach in einer Gegend des Universums erschienen, in der diese Konstanten mit unserer Existenz übereinstimmen.“

Ob die Naturkonstanten tatsächlich aufgrund Dunkler Materie variieren, bleibt allerdings bis auf Weiteres eine offene Frage. In zukünftigen Experimenten mit Atomuhren, Laserinterferometern und anderen Instrumenten wollen die Wissenschaftler jedoch versuchen, ihre Idee zu überprüfen: „Wir habe gezeigt, dass eine Verbindung zwischen Dunkler Materie und Veränderungen der Naturkonstanten möglich wäre und sich somit auch neue Wege zur Suche nach Dunkler Materie aufzeigen. Jetzt planen wir, nach diesen Signaturen Dunkler Materie konkret zu suchen und hoffen, die Dunkle Materie mit diesen Methoden erste Mals direkt nachweisen zu können.“

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http://www.tagesanzeiger.ch/wissen/natur.../story/27401884

Verwechslungen sind nicht nur amüsant, sie können auch einen wahren Kern enthalten. So jedenfalls verhält es sich bei Lisa Randall. Wenn sie sich als «Kosmologin» vorstellt, sagt sie, werde sie häufig für eine «Kosmetikerin» gehalten. «Ich fand diese Verwechslung immer zum Schreien komisch.» ­Irgendwann habe sie nachgeschaut, was «Kosmetikerin» eigentlich bedeute. Wie sich herausstellte, haben beide Begriffe den gleichen Wortstamm, nämlich «kosmos» für «Ordnung» und «Schmuck». Ähnlich wie ein Gesicht sei eben auch das Universum durch Schönheit und eine grundlegende Ordnung gekennzeichnet. «So gesehen, kann ich diese Verwechslung fast verzeihen», sagt Randall.

Nun befindet sich die 54 Jahre alte Kosmologin im 9. Stock des Physikhochhauses am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und zieht die Vorhänge des Seminarraums beiseite. «Der Blick ist fantastisch», sagt sie. Auf der einen Seite sieht man die Hügel des Schwarzwalds im Dunst versinken, auf der anderen Seite erstreckt sich die unendliche Weite des Rheintals. «Kann man hier klettern»?, fragt Randall und nickt mit dem Kinn in Richtung Berge. Sie habe ihre Kletterfinken immer dabei, man wisse ja nie.

Randall ist Professorin für Theoretische Physik an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts. Das «Time Magazin» führte die mehrfach preisgekrönte Forscherin 2007 auf der Liste der 100 einflussreichsten Personen der Welt. Einige ihrer populärwissenschaftlichen Bücher wurden zu «New York Times»-Bestsellern. «Sie sind besser als die Bücher von Stephen Hawking», sagt sie selbstbewusst. In Karlsruhe ist Randall, um sich den nächsten Preis abzuholen: den vom KIT verliehenen Julius-Wess-Preis für herausragende experimentelle oder theoretische wissenschaftliche Leistungen.

Gibt es uns dank dunkler Materie?

Der Titel ihres jüngsten Buchs macht zunächst stutzig: «Dunkle Materie und Dinosaurier. Die erstaunlichen Zusammenhänge des Universums». Selten hört man «dunkle Materie» und «Dinosaurier» in einem Atemzug und wenn, dann würde man das am ehesten einem Hollywoodregisseur wie Steven Spielberg zutrauen. Doch dann erläutert Randall, was die rätselhafte dunkle Materie im Weltall mit den Dinos und letztlich sogar mit uns zu tun haben könnte.

Um diesen Zusammenhang zu verstehen, braucht es einen kleinen Exkurs in die Kosmologie. Zahlreiche Experimente deuten darauf hin, dass sich das Universum zu rund 69 Prozent aus dunkler Energie zusammensetzt, zu 26 Prozent aus ebenso unbekannter dunkler Materie und nur zu 5 Prozent aus gewöhnlicher Materie. Wir Menschen, alle Planeten, die Sterne und Galaxien im Weltraum sind demnach nur die sichtbare Spitze eines unsichtbaren kosmischen Eisbergs.

Gewöhnlich gehen Physiker davon aus, dass die dunkle Materie sehr simpel gestrickt ist und sich nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar macht. Laut Randall könnten zumindest in einem Teil des finsteren Universums zusätzliche Kräfte wirken und dieser daher ebenso reichhaltig und «bunt» sein wie die uns vertraute Welt. Das wiederum hätte erhebliche Folgen für die Struktur unserer Galaxie: der Milchstrasse. Denn die dunkle Materie würde sich in Form einer dünnen Scheibe inmitten der ebenfalls scheibenförmigen Milchstrasse ansammeln.


Nun bewegt sich unser Sonnensystem wellenförmig um das Zentrum der Milchstrasse herum – ähnlich wie ein Kind auf einem Karussell mit beweglichen Pferden. Etwa alle 32 Millionen Jahre, hat Randall berechnet, würde das Sonnensystem auf seiner Wellenbahn die hypothetische Scheibe aus dunkler Materie kreuzen und wäre für ein paar Millionen Jahre der verstärkten Schwerkraft dieses Stoffs ausgesetzt. Das wiederum könnte Kometen oder Asteroiden am Rande des Sonnensystems aus der Bahn werfen. Einige davon würden in den inneren Bereich des Sonnensystems umgeleitet, wie zum Beispiel vor 66 Millionen Jahren der rund 15 Kilometer grosse Himmelskörper, der bei Chicxulub in Mexiko auf die Erde traf. Dieser hat das Ende der Dinosaurier besiegelt und den Aufstieg der Säugetiere erst erlaubt. Kurz: Vielleicht verdanken wir unser Dasein einer Scheibe aus dunkler Materie inmitten der Milchstrasse.

Es war nicht das Ziel von Randall, als Kosmologin das Aussterben der Dinosaurier zu erklären. Sie kam zu den Dinos wie die Jungfrau zum Kinde, als sie der Astrophysiker Paul Davies nach einem Vortrag fragte, ob die von ihr berechnete Scheibe aus dunkler Materie für das Aussterben der Dinosaurier verantwortlich sein könnte. «Nie zuvor hatte ich darüber nachgedacht», sagt Randall. Sie ist sich auch der Tatsache bewusst, dass der Link zwischen dunkler Materie und Dinos spekulativ ist. Damit die Forschung vorankomme, sagt sie, müsse man aber auch das Unbekannte berücksichtigen. «Ohne Hypothesen weiss man oft nicht, wonach man suchen soll», sagt Randall. Ob sie recht hat, könnte der Satellit Gaia von der Europäischen Weltraumorganisation klären. Gaia misst die Position und Bewegung von Millionen Sternen in der Milchstrasse, woraus sich die Verteilung der dunklen Materie berechnen lässt.

Hausgemachtes Desaster

Vonseiten der Fachwelt wurde vor allem ein Kritikpunkt laut, der auf den mittelalterlichen Philosophen Wilhelm von Ockham zurückgeht. Mit ihm ist das Sparsamkeitsprinzip verknüpft, auch «Ockhams Rasiermesser» genannt. Es besagt, dass die einfachste Erklärung für ein Phänomen die beste ist – kompliziertere Erklärungen werden «abrasiert». Warum also sollte man das einfache Bild der dunklen Materie mit zusätzlichen Naturkräften verkomplizieren, wenn möglicherweise auch ein simples Modell die Beobachtungen erklären kann? Randall widerspricht. «Die Welt ist nun mal komplex. Und oft lässt das keine einfache Lösung zu.»

Randall ist die mittlere von drei Töchtern eines Vertreters und einer Lehrerin aus New York. Schon als Kind begeisterte sie sich für die Mathematik, tüftelte gerne an Aufgaben und war froh, dass es dort im Gegensatz zu anderen Fächern immer klare Antworten gab. An der Hochschule studierte sie zunächst Mathematik, schwenkte aber für den Master auf Physik um, «weil das in der realen Welt mehr Anknüpfungspunkte hat als die Mathematik». Einen Ausflug in die Kunst machte sie auf Anfrage des spanischen Komponisten Héctor Parra: Randall verfasste den Text zur Oper «Hypermusic Prologue: A Projective Opera in Seven Planes». Inspiration war ihr 2005 erschienenes Buch «Verborgene Universen».

Die Geschichte der Dinosaurier lässt Randall Schlimmes befürchten – für unsere heutige Gesellschaft. Viele Biologen seien der Ansicht, dass wir aktuell auf ein sechstes Massenaussterben zusteuern. «Durch die explodierende Bevölkerungszahl und die Ausbeutung der Ressourcen verändern wir den Planeten enorm schnell.» Die Folgen ähnelten möglicherweise dem Einschlag eines Kometen. Nur sei das Desaster diesmal hausgemacht.



Lisa Randall. Foto: Andrea Diefenbach

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...-wankt20160922/

Cleveland (USA) – Neue Beobachtungen ferner Spiralgalaxien haben ergeben, dass darin die Verteilung von Sternen und Gasen – also der darin vorhandenen sichtbaren Materie – in einem ausgewogenen Verhältnis zu der von Gravitation erzeugten Umlaufgeschwindigkeit steht. Das jedoch widerspricht früheren Beobachtungen, die bislang nur unter Zuhilfenahme der Vorstellung von Dunkler Materie in den Galaxien erklärt werden konnten. Die Forscher selbst sprechen sogar schon von der Entdeckung eines neuen Naturgesetzes.

Bereits in den 1970er Jahren stellten Vera Rubin und Albert Bosna unabhängig voneinander fest, dass wenn die Masse in Galaxien wie die sichtbaren Sterne verteilt wäre, die Umlaufgeschwindigkeit in den Außenbezirken von Spiralgalaxien mit zunehmender Entfernung vom Zentrum abnehmen sollte. Stattdessen fanden Rubin und Kollegen mit der Entfernung fast gleich bleibende Umlaufgeschwindigkeiten, mit typischen Rotationskurven-Werten um 200 km/s. Zusammen mit ähnlichen Resultaten aus Radiomessungen der 21cm-Linie des atomaren Wasserstoffs waren Rubins Ergebnisse die stärksten Anzeichen für die Existenz sogenannter Dunkler Materie in bzw. um normalen Galaxien.

Jetzt jedoch berichtet ein Astronomenteam unter Stacy McGaugh von der Case Western Reserve University in einer kommenden Ausgabe des Fachjournals „Physical Review Letters“ und vorab via ArXiv.org, von ihrer Entdeckung eines neuen Verhältnisses zwischen Masse und der Umlaufgeschwindigkeiten in unregelmäßigen und Spiralgalaxien: Die hier beobachteten Umlaufgeschwindigkeiten stimmen mit den Werten der Gravitation der sichtbaren Materie überein.

Dieses ausgeglichene Verhältnis haben die Astronomen nun bereits in 153 Galaxien – darunter Riesen- und Zwerggalaxien, Galaxien mit massereichen zentralen Bulgen und ohne – nachweisen können. Zudem fanden sie das 1:1-Verhätnis sowohl in Galaxien, die entweder hauptsächlich aus Sternen bestehen als auch in jenen, deren Hauptanteil Gase bilden. Das beschriebene Verhältnis, so zeigen sich die Autoren der Studie überzeugt, sei gleichbedeutend mit der Entdeckung eines neue Naturgesetzes.

Auch unabhängige Kollegen zeigen sich von den Ergebnissen des Teams um McGaugh fasziniert: „Bislang wurden die Rotationskurven von Galaxien lediglich mit einer mehr oder weniger improvisierten Hypothese erklärt, in dem man postulierte, Galaxien seien von Dunkler Materie umgeben“, kommentiert Professor David Merrit vom Rochester Institute of Technology und führt weiter aus: „Das nun von McGaugh und Kollegen entdeckte Verhältnis ist eine wirklich ernstzunehmende Infragestellung dieser Hypothese, da es zeigt, dass die Rotationskurven sehr genau auch alleine von der Verteilung normaler Materie bestimmt werden können. Nichts im bisherigen kosmologischen Standardmodell erklärt dieses Verhältnis, ohne dass die Hypothese von der Dunklen Materie gänzlich über Bord geworfen wird.“

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...rteilt20161209/

Dunkle Materie offenbar gleichmäßiger verteilt als gedacht:


Diese Karte zeigt die Verteilung der Dunklen Materie im Universum und wurde aus Daten der KiDS-Durchmusterung mit dem VLT Survey Telescope am Paranal-Observatorium der ESO in Chile erstellt. Sie enthüllt ein weitreichendes Netz aus dichten (hellen) und leeren (dunklen) Regionen. Dieses Bild zeigt einen von fünf Bereichen des Himmels, die von KiDS beobachtet wurden. Die unsichtbare dunkle Materie ist hier in rosa dargestellt und deckt einen Bereich des Himmels ab, der dem 420-fachen der Größe des Vollmonds entspricht. Die Bildrekonstruktion entstand durch die Analyse des Lichts, das aus mehr als drei Millionen fernen Galaxien gesammelt wurde, die mehr als 6 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Das Licht in den beobachteten Galaxienbildern wurden auf seiner Reise durchs Universum durch die Anziehungskraft der dunklen Materie verzerrt. In dem Bild kommen auch einige kleine dunkle Regionen mit scharfen Grenzen zum Vorschein. Dort finden sich helle Sterne und andere nahe Objekte, die den Beobachtungen fernerer Galaxien im Weg sind und deshalb in diesen Karten ausgeblendet werden, da in diesen Gebieten kein Signal des schwachen Gravitationslinseneffektes gemessen werden kann.
Copyright: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO
Bonn (Deutschland) – Die Auswertung einer riesigen neuen Galaxien-Durchmusterung deutet darauf hin, dass Dunkle Materie weniger dicht und dafür gleichmäßiger im gesamten Weltraum verteilt sein könnte, als bisher angenommen. Ein internationales Astronomenteam, unter ihnen auch Wissenschaftler vom Argelander-Institut für Astronomie in Bonn, analysierte Daten aus der „Kilo Degree Survey“ (KiDS), die mit dem VLT Survey Telescope der ESO in Chile durchgeführt wurde, um zu untersuchen, wie das Licht von etwa 15 Millionen entfernten Galaxien auf großen Skalen durch die Gravitationskraft der Materie im Universum beeinflusst wurde. Die Ergebnisse scheinen im Widerspruch zu früheren Ergebnissen des Planck-Satelliten zu stehen.

– Bei dieser Meldung handelt es sich um eine Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte ESO

Unter der Leitung von Hendrik Hildebrandt vom Argelander-Institut für Astronomie in Bonn und Massimo Viola von der Sternwarte Leiden in den Niederlanden wertete ein Astronomenteam von Instituten aus aller Welt Bilder der „Kilo Degree Survey“ (KiDS) aus, die mit dem VLT Survey Telescope (VST) der ESO in Chile aufgenommen wurden. Die für die Auswertung verwendeten Aufnahmen decken insgesamt fünf Himmelsregionen mit einer Gesamtfläche von etwa dem 2200-fachen der Größe des Vollmonds ab und enthalten rund 15 Millionen Galaxien.

Dank der ausgezeichneten Bildqualität des VST am Paranal und innovativer Computer-Software gelang dem Team eine der präzisesten Messungen, die je zum Effekt der kosmischen Scherung durchgeführt wurde. Hierbei handelt es sich um eine Form des schwachen Gravitationslinseneffektes, bei dem Licht, das von fernen Galaxien emittiert wird, durch die Gravitationseffekte großer Mengen Materie wie z.B. Galaxienhaufen verzerrt wird.

Bei der kosmischen Scherung sind es nicht Galaxienhaufen, die das Licht verzerren, sondern großräumige Strukturen im Universum, was zu einem noch kleineren Effekt führt. Es sind sehr umfangreiche und tiefe Durchmusterungen wie KiDS erforderlich, um sicherzustellen, dass das sehr schwache Signal der kosmischen Scherung stark genug ist, um gemessen zu werden. Mit Hilfe dieses Effektes können Astronomen die Verteilung der Materie kartieren. Noch nie zuvor wurde eine so große Fläche des Himmels mit dieser Technik abgebildet.

Interessanterweise scheinen die Resultate ihrer Analyse nicht zu den Schlussfolgerungen zu passen, die sich aus den Ergebnissen des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation ESA ziehen lassen, der bedeutendsten Weltraummission für die Untersuchung der grundlegenden Eigenschaften des Universums. Insbesondere liegen die Messungen des KiDS-Teams, wie dicht die Materie im Universum verteilt ist – einem der wichtigsten kosmologischen Parameter – deutlich unter dem Wert, der sich aus den Planck-Daten ableiten lässt.

Massimo Viola erklärt: „Das neueste Ergebnis zeigt, dass die dunkle Materie im kosmischen Netz, die etwa ein Viertel des Universums ausmacht, gleichmäßiger verteilt ist, als wir zuvor geglaubt haben.“

Dunkle Materie ist weiterhin nur schwer nachweisbar. Dass sie überhaupt existiert, lässt sich nur aus ihrer gravitativen Wirkung schließen. Derartige Untersuchungen sind gegenwärtig der beste Weg, um Form, Größe und Verteilung der unsichtbaren Materie zu bestimmen.

Das überraschende Forschungsergebnis hat auch Auswirkungen auf unser allgemeines Verständnis vom Universum und wie es sich in seiner fast 14 Milliarden Jahre währenden Geschichte entwickelt hat. Ein solch offenkundiger Widerspruch zu den neuesten Planck-Ergebnissen bedeutet, dass Astronomen nun möglicherweise ihr Verständnis von einigen grundlegenden Aspekten der Entwicklung des Universums neu überdenken müssen.

Hendrik Hildebrandt meint dazu: „Unsere Ergebnisse werden entscheidend dazu beitragen, die theoretischen Modelle weiterzuentwickeln, wie sich das Universum von seinem Ursprung bis heute entwickelt hat.“

Die KiDS-Analyse der Daten des VST war ein wichtiger Schritt, aber die Wissenschaftler erhoffen sich von zukünftigen Teleskopen noch umfangreichere und tiefergehende Durchmusterungen des Himmels.

Catherine Heymans von der University of Edinburgh in Großbritannien, die Ko-Leiterin der Studie, fügt hinzu: „Die Enträtselung dessen, was seit dem Urknall passiert ist, ist wahrlich eine Herausforderung, aber durch die weitere Erforschung des fernen Weltraums können wir uns ein Bild davon machen, wie sich unser modernes Universum entwickelt hat.“

„Wir sehen im Moment einen interessanten Widerspruch zu der Kosmologie des Planck-Weltraumteleskops. Zukünftige Missionen wie das Euclid-Weltraumteleskop und das Large Synoptic Survey Telescope werden es uns ermöglichen, diese Messungen zu wiederholen und besser zu verstehen, was das Universum uns wirklich sagen möchte“, so Konrad Kuijken von der Sternwarte Leiden in den Niederlanden, der wissenschaftliche Direktor der KiDS-Durchmusterung.

© eso.org

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...-frage20161221/

Erster Test von alternativer Gravitationstheorie stellt Dunkle Materie in Frage:


Die Verzerrung des Lichts einer entfernten Galaxie durch wird durch die Masse in einem Galaxienhaufen im Vordergrund erzeugt. Aus der Verzerrung lässt sich die Massenverteilung bestimmen, dabei tritt eine Diskrepanz zwischen beobachteter Materie und bestimmter Masse auf.
Copyright: NASA
Leiden (Niederlande) – Während das hypothetische Konzept der Dunklen Materie, die zwar bis zu 27 Prozent der Gesamtmaterie unseres Universums ausmachen soll, jedoch unsichtbar ist und mit normaler Materie alleine durch ihre Schwerkraft interagiert, von der Mehrheit der Physiker anerkannt wird, zweifeln andere wiederum an ihrer Existenz.

Eine schon seit Jahren kontrovers diskutierte Theorie erklärt nicht nur, dass Dunkle Materie nicht notwendig sei, um die beobachtete überschüssige Gravitation im Universum zu erklären, sondern auch, dass unser auf Einstein basierendes Verständnis von Schwerkraft wäre demnach grundsätzlich falsch sei (…GreWi berichtete). Ein erster Test diese kontroversen Theorie durch niederländische Wissenschaftler ist nun im Sinne dieser positiv verlaufen du stellt somit die Existenz Dunkler Materie – und damit auch eine der Grundlagen der Einsteinschen Relativitätstheorie – in Frage.

Tatsächlich gibt es nach bisheriger Vorstellung in dem von uns beobachtbaren Universum mehr Gravitation als diese mit aller sichtbaren Materie und Gasen erklärt werden kann. Die traditionelle Physik erklärt dieses Ungleichgewicht mit der Vorstellung von „dunkler“ (weil nicht sichtbarer und kaum – außer über ihre Gravitation – mit normaler Materie wechselwirkender) Materie. Was genau diese „Dunkle Materie“ allerdings ist und sein könnte, weiß bislang niemand zu sagen.


Die beobachtete Umlaufgeschwindigkeit von Sternen ist in den Außenbereichen von Galaxien höher, als auf Basis der sichtbaren Materie zu erwarten ist.
Copyright: Johannes Schneider (WikimediaCommons), CC-BY-SA 4.0

Da trotz gewaltiger Aufwendungen bislang jedoch noch kein Dunkle-Materie-Partikel gefunden bzw. bestätigt werden konnte (erst kürzlich erbrachte die Suche nach Spuren Dunkler Materie in der Gammahintergrundstrahlung keine Hinweise darauf, dass Dunkle-Materie-Teilchen Gammastrahlung abgeben, …GreWi berichtete), hat sich Erik Verlinde von der Universiteit van Amsterdam der Problematik auf andere Weise genähert: „Vielleicht liegt das Problem nicht bei der Dunklen Materie – vielleicht verstehen wir nur nicht wirklich, wie die Gravitation funktioniert? (…) In großen Maßstäben, scheint Gravitation nicht mehr so zu funktionieren, wie Einsteins Theorie dies vorhersagt.“ (…GreWi berichtete).

Der Physiker argumentiert, dass Gravitation in Wirklichkeit gar keine Grundkraft der Natur ist, sondern ein sog. emergentes Phänomen – also eher ein Nebeneffekt statt die Ursache von Vorgängen im Universum – ähnlich wie Temperatur aus der Bewegung mikroskopischer Teilchen entstehe. (…GreWi berichtete)

Jetzt hat sich ein Astronomenteam um Margot Brouwer von der Universitet Leiden die Verteilung von mehr als 30.000 Galaxien genauer analysiert und Verlindes Theorie damit auf die Probe gestellt. Wie die Wissenschaftler feststellen können ihre Beobachtungen auch ohne Dunkle Materie, dafür aber auf der Grundlage von Verlindes Theorie der „modifizeirten Gravitation“ erklärt werden.

Ganz konkret haben sich Brower und Kollegen der Gravitationslinseneffekte diese Galaxien angenommen – also der Art und Weise, wie ferne, massereiche Objekte (wie Galaxien) Hintergrundlicht durch ihre Schwerkraft ablenken. Auf der Grundlage von Einsteins Theorie kann damit auch der Anteil Dunkler Materie innerhalb dieser Galaxien gemessen werden. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler vorab via ArXiv.org veröffentlicht.

Selbst zur Überraschung der Leidener Astronomen zeigte sich, dass die beobachteten Gravitationsinseneffekte, ebenso gut mit Verlindes neuem Gravitationsmodell als mit der Vorstellung der Existenz Dunkler Materie erklärt werden können.

Der Vorteil von Verlindes Theorie liegt darin, dass sie keine freien Parameter benötigt, um tatsächliche Beobachtungen zu erklären. Das Konzept der Dunklen Materie benötigt hingegn gleich vier solcher freier Parameter, um mit den Beobachtungsdaten in Übereinstimmung gebracht zu werden.

„Zwar passt das Modell der Dunklen Materie etwas besser zu den Beobachtungsdaten als Verlindes Vorhersagen“, kommentiert Brower. „Wenn man das ganze aber mathematisch betrachtet, so kommt Verlinde gänzlich ohne freie Parameter aus, wie sie das Dunkle-Materie-Konzept benötigt. Damit passt wiederum Verlindes Modell etwas besser zu den Beobachtungen.

„Wenn also Verlindes Modell die Beobachtungsdaten besser erklärt, wo liegt dann das Problem?“, fragt der „New Scientist“ und liefert die Erklärung gleich hinzu: „Verlindes Gravitation ist stärker und schwächst sich langsamer mit zunehmender Distanz ab als jene der Gravitationsmodelle von Newton und Einstein. Und genau das, ist das – noch milde ausgedrückt – ein Problem für die meisten Physiker und Astronomen. Tatsächlich wurden Newtons und Einsteins Gravitationstheorien bereits derart ausführlich auf die Probe gestellt und experimentell bestätigt, dass ihre Infragestellung einem naturwissenschaftlichen Sakrileg gleich kommt.“

Während also zahlreiche Wissenschaftler, wie etwa der String-Theoretiker Lubos Motl Verlindes Ideen als „Studie auf Vordiplomsniveau“ abtun, zitiert der „New Scientist“ zugleich auch den Physiker Mordehai Milgrom, auf dessen eigener „Modified-Newtonian-Dynamics-Theorie (MOND) Verlindes Arbeit teilweise beruht mit der Aussage, dass auch seine eigenen Analysen von Gravitationslinseneffekten die Vorstellung stützen, dass Dunkle Materie nicht zwingend notwendig ist, um diese zu erklären.

GreWi-Kurzgefasst:


– Ein erster Test einer alternativen Theorie zur Gravitation zeigt, dass Beobachtunggsdaten zu fernen Galaxien deren Gravitationslinseneffekte besser mit der neuen Theorie erklärt werden können, als mit Newtons und Einsteins Gravitatiomodellen.
– Seit der erstmaligen Präsentation der Theorie 2010 sorgt diese für teils heftige Kontroversen in der Wissenschaftsgemeinde.

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...aterie20161221/

Extragalaktischer Gammastrahlen-Hintergrund zeigt keine Spuren Dunkler Materie:


Fluktuationen im isotropen Gammastrahlen-Hintergrund, basierend auf 81 Monaten an Daten. Die Emission unserer eigenen Galaxie, die Milchstraße, ist grau maskiert.
Copyright: Mattia Fornasa, UvA/Grappa
München (Deutschland) – Die bislang genaueste Analyse der Fluktuationen im Gammastrahlen-Hintergrund extragalaktischen Gammastrahlen zeigen zwei Arten von Quellen, dafür aber keine Anzeichen für die zusehends umstrittene Existenz Dunkler Materie.

Wie Forscher des Max-Planck-Instituts für Astrophysik und der Universiteit van Amsterdam am GRAPPA Center of Excellence aktuell im Fachjournal „Physical Review D“ (DOI: 10.1103/PhysRevD.85.083007) berichten, bilden mehr als sechs Beobachtungsjahre mit dem Fermi Large Area Telescope die Datengrundlage ihrer Analyse.

Das jetzt veröffentlichte Ergebnis der Auswertung dieser Daten offenbaren zwei unterschiedliche Arten von Quellen, die zum Gammastrahlenhintergrund beitragen. Allerdings fanden die Wissenschaftler „keine Hinweise auf einen Beitrag von möglichen Dunkle-Materie-Teilchen“.

Bei Gammastrahlen handelt es sich um für das menschliche Auge unsichtbare Lichtteilchen (sog. Photonen) mit der höchsten Energie im Universum. „Die häufigsten Quellen für Gammastrahlen sind sog. Blazare“, erläutern die Forscher. Blazare sind supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien. „In geringerem Ausmaß werden Gamma-Strahlen auch von besonderen Sternen wie Pulsaren oder in riesigen Sternexplosionen wie Supernovae erzeugt.“

Seit 2008 beobachten Astronomen mit dem Fermi-Satelliten der NASA den Gammastrahlenhimmel und bilden diesen mit dessen Hauptinstrument – dem Large Area Telescope – in extrem hoher Genauigkeit ab.

In unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, wird der Großteil der dabei detektierten Gamma-Strahlen erzeugt. Hinzu konnte das Fermi-Teleskop bis Januar 2016 aber auch mehr als 3000 extragalaktische Quellen nachweisen. „Diese individuellen Quellen reichen allerdings nicht aus, um die Gesamtmenge der Gamma-Photonen zu erklären, die von außerhalb unserer Galaxie stammen“, erläutern die Wissenschaftler und führen weiter aus: „So können etwa 75% der Strahlung nicht erklärt werden.“

Der diffuse Gammastrahlenhintergrund wurde erstmals bereits in den 1960er Jahren entdeckt. Dieser erreicht uns aus allen Richtungen des Universums und würde unseren Himmel – wenn wir Menschen Gammastrahlen sehen könnten – nie dunkel werden lassen.


Diese Ansicht zeigt den gesamten Himmel in Gammastrahlung bei Energien größer als 1 GeV, auf der Grundlage von fünf Jahren an Daten mit dem Large Area Telescope auf dem Fermi Gammastrahlen-Observatorium der NASA. Hellere Farben zeigen stärkere Gammastrahlenemission. Das große helle Band in der Mitte ist die Emission unserer eigenen Galaxie.
Copyright: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Wie die Autoren der Studie erklären, sei die Quelle dieses sogenannten isotropen Gamma-Hintergrundes bisher unbekannt: „Er könnte durch nicht aufgelöste Blazare oder andere astronomische Quellen erzeugt werden, die zu schwach sind, um mit dem Fermi-Teleskop nachgewiesen zu werden.“

Teile des Gammastrahlenhintergrunds könnten aber auch den Fingerabdruck des postulierten „Dunkle-Materie-Teilchens“ enthalten. Bislang wurde dieses Teilchen allerdings noch nicht entdeckt, sondern lediglich theoretisch vorgeschlagen, um so die fehlenden 80 Prozent der Materie im Universum zu erklären. „Wenn zwei Teilchen der dunklen Materie zusammenstoßen, können sie sich gegenseitig vernichten und eine Signatur von Gammastrahlen-Photonen erzeugen.“

„Die Analyse und Interpretation von Fluktuationen des diffusen Gammastrahlenhintergrunds ist ein neues Forschungsgebiet in der Hochenergie-Astrophysik“, erklärt Eiichiro Komatsu am Max-Planck-Institut für Astrophysik, der die notwendigen Analysewerkzeuge für Fluktuationen dieser Strahlung entwickelt hat. Komatsu war auch Teil des Teams, das im Jahr 2012 erstmals Schwankungen im Gamma-Ray-Hintergrund nachweisen konnte. Für die neue Analyse nutzten die Forscher 81 Monate an Daten aus dem Fermi Large Area Telescope – ein viel größerer Datensatz und mit einer breiteren Energieskala als in früheren Studien.

Jetzt konnten die Wissenschaftler zwei unterschiedliche Beiträge zum Gammastrahlenhintergrund unterscheiden: „Eine Klasse von Gammastrahlenquellen wird benötigt, um die Schwankungen bei niedrigen Energien (unter 1 GeV) zu erklären, und eine andere Art von Quellen wird benötigt, um die Fluktuationen mit höherer Energie zu erzeugen – die Signaturen dieser beiden Beiträge sind deutlich unterschiedlich.

Die Gammastrahlen in den Hochenergiebereichen – oberhalb von einigen GeV – stammen demnach von nicht aufgelösten Blazaren. Eine weitere Untersuchung dieser potenziellen Quellen ist derzeit im Gange. Allerdings scheint es viel schwieriger, eine Quelle für die Fluktuationen mit Energien unter 1 GeV zu lokalisieren: „Keiner der bekannten Gammastrahlenemitter hat ein Verhalten, das mit den neuen Daten konsistent ist.“

Bisher konnte das Fermi-Teleskop keinen schlüssigen Hinweis auf Gammastrahlen-Emission von Teilchen der Dunklen Materie finden – und auch diese neue Studie zeigt keine Anzeichen für ein Signal, das mit dunkler Materie verknüpft sein könnte. „Unsere Messung ergänzt frühere Kampagnen, die mit Gammastrahlen nach dunkler Materie suchten“, sagt Erstautor Mattia Fornasa von der Universteit van Amsterdam. „Sie bestätigt, dass wenig Raum bleibt für eine durch Dunkle Materie induzierte Gammastrahlenemission im isotropen Gammastrahlenhintergrund.“

„Meine ursprüngliche Motivation im Jahr 2006 diese Analyse durchzuführen bestand darin, Beweise für Gammastrahlen aus dunklen Materieteilchen zu finden. Nun, wir haben noch keine Gammastrahlen aus dunkler Materie gefunden“, kommentiert Komatsu abschließend. „Aber es ist aufregend, dass unsere Messungen zu einem neuen Verständnis der Populationen von astrophysikalischen Quellen für Gammastrahlen – wie Blazaren – führen. Ich habe die Hoffnung noch nicht aufgegeben, die Gammastrahlungssignatur Dunkler Materie zu finden, und wir haben einige neue Ideen, wie wir unsere Methode verbessern können.“

GreWi-Kurzgefasst
– Anhand der neusten Analyse von Fluktuation des Gammastrahlen-Hintergrunds haben Astrophysiker zwar zwei Arten von Quellen gefunden – allerdings keine Anzeichen für Dunkle Materie.
– damit bleibt – zumindest anhand dieser Fluktuationen – nur noch wenig Raum ür eine durch Dunkle Materie induzierte Gammastrahlenemission im isotropen Gammastrahlenhintergrund.

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http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...laxien20170419/

Forscher bilden erstmals Brücke aus Dunkler Materie zwischen zwei Galaxien ab:


Falschfarbenabbildung zweier, durch eine Brücke aus Dunkler Materie (rot) verbundener Galaxien (weiß).
Copyright: S. Epps & M. Hudson / University of Waterloo
Waterloo (Kanada) – Kanadische Astronomen ist erstmals die Abbildung einer Struktur gelungen, die sie für eine Verbindungsbrücke aus Dunkler Materie halten, die zwei Galaxien miteinander verbindet.

Wie das Team um den Astronomieprofessor Mike Hudson und Seth Epps von der University of Waterloo aktuell im Fachjournal „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ (DOI: 10.1093/mnras/stx517) berichtet, handelt es sich bei der darin veröffentlichte Aufnahme um ein Komposit verschiedener Aufnahmen, das erstmals die Verbindung von Galaxien durch ein „kosmisches Netzwerk aus Dunkler Materie“ zeigt, wie es bislang „unbeobachtbar“ war.

Dunkle Materie selbst ist eine immer noch ebenso rätselhafte wie umstrittene Substanz, die rund 25 Prozent unseres Universums ausmachen soll, jedoch mit gewöhnlicher Materie lediglich durch ihre Schwerkraft interagiert und selbst Licht weder abgibt, absorbiert oder reflektiert.

„Seit Jahrzehnten haben Wissenschaftler die Existenz dieser netzartigen Filamente aus Dunkle Materie zwischen den Galaxien vorhergesagt“, kommentiert Hudson und führt weiter aus: „Dieses Bild stellt nun einen nächsten Schritt dar, weg von den reinen Vorhersagen hin zu etwas, das wir sehen und vermessen können.“

Die Aufnahme gelang den Wissenschaftlern durch die Nutzung des Gravitationslinseneffekts von Planeten, Schwarzen Löchern oder – wie in diesem Fall von Dunkler Materie – auf die Abbildung ferner Galaxien, der diese gekrümmt erscheinen lässt. Dieser Effekt wiederum wurde anhand von Aufnahmen einer mehrjährigen Beobachtungskampagne mit dem Canada-France-Hawaii Telescope genutzt.

Auf diese Weise kombinierten die Forscher entsprechendenAufnahmen von mehr als 23.000 Galaxienpaaren in rund 4.5 Milliarden Lichtjahren Distanz, um so die Kompositaufnahme bzw. eine Karte zu erstellen, die die Anwesenheit von Dunkler Materie zwischen den beiden Galaxien zeigt. „Das Ergebnis sind Filamente einer Brücke aus Dunkler Materie, die die beiden Systeme (Galaxien) über eine Distanz von weniger als 40 Millionen Lichtjahren miteinander verbinden.

„Mit dieser Methode sind wir nun nicht nur in der Lage zu sehen, dass diese Dunkle-Materie-Filamente tatsächlich existieren. Wir können auch sehen, in welchem Umfang sie Galaxien miteinander verbinden.“

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