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AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 22/2009

Astrophysik: Geister als Geburtshelfer

Von Olaf Stampf

Im Supercomputer erzeugt ein deutscher Himmelsforscher künstliche Universen. Die Simulationen sollen helfen zu enthüllen, was sich hinter der rätselhaften Dunklen Materie verbirgt.

Volker Springel spielt gern Gott. Das Universum, das er erschaffen hat, hat die Form eines Würfels. Um die 20 Millionen Galaxien kreisen darin, und in jeder davon leuchten Milliarden von Sonnen.

Seine Schöpfung hat der Forscher, zusammen mit seinen Teamkollegen, in einem Supercomputer am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching entfacht. "Ein normaler PC", sagt Springel, 38, "hätte für diese hochkomplexe Simulation Jahrzehnte gebraucht."

Am Anfang ereignete sich in dem künstlichen Kosmos nur wenig Dramatisches. Gleichmäßig waberte die Materie im virtuellen Raum. Still ruhte der Teilchensee.

"Doch dann sorgten wir für kleine Störungen, wie sie den kosmologischen Theorien zufolge unmittelbar nach dem Urknall aufgetreten sind", erläutert der Astrophysiker. "Wir ließen das junge Universum gleichsam schwingen wie eine Glocke."

Den Rest erledigte die Gravitationskraft - Schritt für Schritt verklumpte die Materie zu Galaxien und Sternen.

Was im wirklichen Universum Jahrmilliarden gedauert hat, das schafft der Supercomputer innerhalb von Tagen. Alle drei Minuten wird der Kunst-Kosmos um eine Million Jahre älter. Aus den Zahlenkolonnen, die der Rechner produziert, entsteht auf dem Bildschirm schließlich ein Kunstwerk von filigraner Schönheit.

Im Zeitraffer verwandelt sich ein anfangs gleichförmiges, schaumartiges Gebilde in ein funkelndes Netzwerk, das an das Nervenzellgeflecht im menschlichen Gehirn erinnert. Überall in dem Netz erstrahlen winzige Perlen aus Licht.

"Jede davon entspricht einer Galaxie wie unserer Milchstraße", erläutert Springel. "Jeder Lichtpunkt steht also für mehrere hundert Milliarden Sterne."

Das myriadenfache Funkeln ist allerdings nicht das, was den Astrophysiker wirklich interessiert. Ihm geht es mit seiner Simulation vor allem darum, die Schattenseite des Kosmos auszuleuchten: Was steckt hinter der geheimnisvollen Dunklen Materie?

Schon lange fahnden die Forscher nach dieser unsichtbaren Rätselsubstanz. Obwohl noch nie ein Mensch sie gesehen hat, sind sich die Kosmologen sicher, dass gewaltige Mengen davon zwischen den Sternen existieren. Nach neuesten Schätzungen bestehen über 80 Prozent der Masse im All aus dem Dunkelstoff.

Ohne diesen kosmischen Kitt gäbe es keine stabilen Galaxien. Die Gravitationskraft der sichtbaren Materie allein wäre viel zu schwach, um die schnell rotierenden Sterneninseln beisammenzuhalten. Erst die allgegenwärtige Dunkle Materie verhindert, dass etwa die Sonnen der Milchstraße wie die Scheiben eines Diskuswerfers in alle Richtungen davonrasen.

Von Anfang an spielte die Dunkle Materie eine Hauptrolle auf der Himmelsbühne: Als eine Art Geburtshelfer sorgte sie dafür, dass sich das beim Urknall entstandene Gas immer weiter verdichtete und zu Protogalaxien zusammenballte - die Anziehungskraft der normalen sichtbaren Materie allein hätte nicht ausgereicht, um diesen Konzentrationsprozess in Gang zu bringen.

"Auch in unserer Simulation stellt die Dunkle Materie die wichtigste Zutat dar", sagt Springel, "alle gewöhnlichen Atome konnten wir getrost vernachlässigen."

Doch woraus besteht der Dunkelstoff? Die meisten Astrophysiker gehen inzwischen davon aus, dass es sich um exotische Elementarteilchen handelt, denen höchst wundersame Eigenschaften zugesprochen werden. Demnach senden sie von sich aus keine Strahlung aus und sind folglich unsichtbar. Die Geisterpartikel lassen sich so gut wie nie einfangen. Nichts hält sie auf, wenn sie durch die unendlichen Weiten flitzen; sie durchdringen mühelos Menschen, Berge und sogar Planeten.

Ein heißer Kandidat waren lange Zeit die Neutrinos, die zumindest schon experimentell nachgewiesen wurden. Von ihnen ist bekannt, dass sie in der Geburtsstunde des Kosmos in gigantischer Zahl entstanden sind. Auch bei den Fusionsprozessen, die im Innern von Sternen ablaufen, werden unvorstellbar viele dieser ultraleichten Partikel erzeugt.

Genauere Abschätzungen haben allerdings mittlerweile gezeigt, dass sich die Neutrinos viel zu schnell durchs All bewegen, als dass sie für eine ausreichende Verklumpung sorgen könnten. "Würde die Dunkle Materie überwiegend aus Neutrinos bestehen, hätten sich nur wenige Riesengalaxien bilden können", sagt Springel.

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