Physik-Nobelpreis 2011 Kosmische Kerzen bestätigen Einstein

Das Universum wächst immer schneller - für diese Entdeckung bekommen die Astrophysiker Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt und Adam Riess den Nobelpreis. Beweisen wollten sie ursprünglich das Gegenteil, doch am Ende bestätigten sie eine Idee Albert Einsteins - die er selbst als Fehler verworfen hatte.

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Berlin - Die Geschichte des Physik-Nobelpreises 2011 begann als Wettlauf um explodierende Sterne. 1988 startete das Supernova Cosmology Project am Lawrence Berkeley National Lab in Kalifornien. Die Forscher haben den Himmel nach einem speziellen Typ Supernova abgesucht, um Genaueres über die Expansion des Weltalls herauszufinden. 1994 folgte das "High-z Supernova Search"-Team mit demselben Ziel. Die Supernova-Jagd veränderte unser Bild vom Universum - und die Chefwissenschaftler der beiden Projekte, Saul Perlmutter (USA), Brian P. Schmidt (USA und Australien) und Adam Riess (USA), haben jetzt den Nobelpreis für Physik erhalten.

Als die Jagd nach den explodierenden Sternen begann, ahnten die Forscher noch nichts von ihrem Ausgang. Denn ursprünglich waren sie davon ausgegangen, dass die Ausdehnung des Universums an Tempo verliert. Dafür, so glaubte man, würde die ganze Materie im All mit ihrer Gravitationskraft sorgen. Doch dann ergaben die Messungen das genaue Gegenteil: Das Universum dehnt sich immer schneller aus. Mittlerweile haben Physiker auch eine Erklärung für das Phänomen: die mysteriöse Dunkle Energie, die den gesamten Raum erfüllt.

Um die Expansion des Universums genauer untersuchen zu können, konzentrierten sich die Astrophysiker auf eine bestimmte Klasse von Sternenexplosionen, sogenannte Supernovae vom Typ Ia. Sie treten nur in Doppelsternsystemen auf, die aus einem Weißen Zwerg und einem Roten Riesen bestehen. Der Weiße Zwerg - der die Masse unserer Sonne, aber nur die Größe der Erde besitzt - kann dank seiner Gravitation dem Roten Riesen permanent Masse stibitzen.

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Expandierendes Universum: Supernova-Forscher erhalten Physik-Nobelpreis
Erreicht der Zwergstern eine kritische Masse von 1,4 Sonnenmassen, haucht er in einer gigantischen, nur wenige Wochen dauernden Explosion sein Leben aus. Der Sauerstoff und der Kohlenstoff auf dem Stern fusionieren zu Eisen. Das Licht dieser thermonuklearen Explosion kann das Licht einer ganzen Galaxie überstrahlen.

Das Praktische an Supernovae vom Typ Ia ist, dass sie stets eine gleich große Menge an Energie und damit auch an Licht freisetzen. Je weiter die Sternenexplosion entfernt ist, desto weniger Licht erreicht die Erde. Wegen ihrer charakteristischen Eigenschaften nennen Astrophysiker diese Lichterscheinungen auch Standardkerzen.

"Vom Preis völlig überrascht"

In jeder Minute finden im beobachtbaren Weltraum zehn solcher Supernovae statt - das Problem ist jedoch, sie zu finden. Das gelang den Astrophysikern mit einem Trick: Sie fotografierten immer bei Neumond, wenn die Nacht also besonders dunkel ist, mit einer Digitalkamera ein Stück des Himmels, das der Größte eines Daumennagels bei ausgestrecktem Arm entspricht. Etwa 30 Tage später wurde dasselbe Stück Nachthimmel wieder fotografiert.

Dann verglichen die Forscher die beiden Bilder miteinander. Falls in den 30 Tagen nichts geschehen war, war die Differenz gleich null. Eine Supernova hingegen zeigte sich als Punkt - sie wurde dann ausgiebig beobachtet und vermessen. So gelang es den beiden Teams, mehr als 50 Supernovae vom Typ Ia zu erfassen. Manche waren Milliarden Lichtjahre weit entfernt, andere vergleichsweise nah. Und überraschenderweise war das Licht der entfernten Sternenexplosionen schwächer als erwartet - der Beleg dafür, dass das Universum immer schneller expandiert.

"Ich bin von dem Preis völlig überrascht", sagte der frisch gekürte Nobelpreisträger Brian P. Schmidt. "Aber wir waren auch über unser Forschungsergebnis selbst völlig perplex." Schmidt und Adam Riess erhalten je 25 Prozent des Preisgeldes von insgesamt 1,1 Millionen Euro (zehn Millionen Schwedischen Kronen). Perlmutter bekommt die andere Hälfte.

Mit seiner Entscheidung hat das Nobel-Komitee einmal mehr die Forschergemeinde verblüfft. Hatten viele doch mit ganz anderen Preisträgern gerechnet, etwa mit dem Österreicher Anton Zeilinger, der als "Mister Beam" Quanten verschränkt hat. "Ich bin überwältigt", meinte Dieter Breitschwerdt von der TU Berlin. Er habe nicht erwartet, dass nach 2006 schon wieder ein Nobelpreis an Astrophysiker geht. "Als ich die Namen hörte, dachte ich: 'Ja, das war fällig'", ergänzte Lutz Wisotzki vom Astrophysikalischen Institut Potsdam.

Direkt zur Dunklen Energie

Dass die Messungen der drei Nobelpreisträger unser Bild vom Universum entscheidend verändert haben, bezweifelt kaum ein Physiker. Letztlich führten sie direkt zur Hypothese von der Dunklen Energie, die etwa drei Viertel des Universums ausmachen soll.

Kurioserweise bestätigen die Forschungsergebnisse auch die Existenz der Kosmologischen Konstante, die Albert Einstein 1915 in der Allgemeinen Relativitätstheorie eingeführt hatte. Einstein brauchte die Konstante, damit das Universum in seiner Theorie aufhört zu expandieren. Er war aber unglücklich darüber, solch eine Konstante überhaupt einführen zu müssen - und bezeichnete sie später als Fehler.

Seit den Arbeiten von Perlmutter, Schmidt und Riess wissen Astrophysiker, dass die ursprünglich aus anderen Gründen von Einstein eingeführte Konstante eine brillante Idee war - und sie können sie inzwischen sogar bestimmen. Denn in den Gleichungen ist es genau diese Konstante, die dafür sorgt, dass sich der Kosmos immer schneller ausdehnt. Unklar ist allerdings, ob sich die Konstante eventuell in der Geschichte des Universums verändert hat.

Wolfgang Sandner, der Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), sieht auf jeden Fall noch eine Menge Arbeit für die nächsten Astrophysiker-Generationen. "Dieser Nobelpreis wird weitere nach sich ziehen", sagte er auf einem DPG-Empfang in Berlin. Denn es gelte zu klären, was Dunkle Energie und Dunkle Materie eigentlich seien.

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