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Abgelenktes Licht: Forscher wollen Dunkle Materie beobachtet haben

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Gesucht und gefunden: Dunkle Materie und das Higgs-Teilchen Fotos
UC of Michigan/ Jörg Dietrich /UC Observatory Munich

Das Higgs-Boson ist der Schlüssel zum Verständnis der uns bekannten Materie - doch die macht nur rund fünf Prozent des Universums aus. Jetzt behaupten Forscher, einen Blick auf den Rest geworfen zu haben: Sie melden die erste direkte Beobachtung Dunkler Materie.

Berlin - Groß war der Jubel, nachdem Teilchenphysiker an diesem Mittwoch die höchstwahrscheinliche Entdeckung des Higgs-Bosons im Genfer Kernforschungszetrum Cern vermelden konnten. Ein entscheidendes Partikel scheint endlich gefunden, das nach jahrzehntelanger Suche das Standardmodell der Teilchenphysik vervollständigt. Doch bei der Erklärung unseres Universums stößt dieses Modell schnell an seine Grenzen: Nur ein Bruchteil der gesamten Materie lässt sich mit seiner Hilfe überhaupt beschreiben.

Schuld daran sind die Dunkle Energie und die Dunkle Materie, die zusammen rund 95 Prozent des Universums ausmachen sollen. Dumm nur, dass diese beiden Begriffe kaum mehr sind als ein Platzhalter für etwas, das Physiker bisher nur mit großer Mühe beschreiben können - von direkten Beobachtungen ganz zu schweigen. Immer wieder hat es vermeintliche Nachweise Dunkler Materie gegeben, doch gänzlich überzeugen konnten die betreffenden wissenschaftlichen Arbeiten letzten Endes doch nicht.

Nun wagt eine Wissenschaftlergruppe um Jörg Dietrich von der Universitäts-Sternwarte München im Fachmagazin "Nature" einen neuen Anlauf. Die Forscher wollen eine Art Brücke aus Dunkler Materie gefunden haben, die mehrere Galaxiehaufen verbindet. Konkret geht es um ein sogenanntes Supercluster-System namens Abell 222/223.

Nach gängiger Meinung durchzieht ein Netz aus Dunkler Materie unser Universum. Wo sich die Fäden dieses Netzes, die sogenannten Filamente, kreuzen, sind demnach Galaxiehaufen zu finden. Abell 222/223 bestehe aus drei von ihnen. Die Verbindung dazwischen, so die Forscher, stelle ein Filament mit großen Anteilen an Dunkler Materie dar.

Gravitationswirkung verrät Dunkle Materie

Wer die - zumindest für uns recht exotische - Dunkle Materie beobachten will, hat ein fundamentales Problem: Sie lässt sich nur schwer erkennen, weil sie kaum mit ihrer sichtbaren Verwandtschaft interagiert. Doch einen Trick gibt es: Der mysteriöse Stoff sollte sich über seine Gravitationswirkung verraten. Auch wenn Wissenschaftler bisher nicht wissen, aus welchen Teilchen die Dunkle Materie besteht, gehen sie nämlich davon aus, dass diese recht schwer sind. Und nach Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie lenken große Massen das Licht ab.

Dietrich und seine Kollegen wollen solch einen Gravitationseffekt nun bei Abell 222/223 beobachtet haben. "Man kann sich das Filament als langen Zylinder voller Dunkler Materie vorstellen", sagt Dietrich. Das Licht von Galaxien, die von der Erde aus gesehen weiter hinten liegen, werde dadurch beeinflusst.

Dieser sogenannte Gravitationslinseneffekt falle zwar recht schwach aus, doch durch eine günstige Fügung sei er trotzdem zu beobachten: Das Filament liege von uns aus gesehen so, dass man längs durch den Zylinder schaue - wie durch ein Fernrohr. Dadurch, sagt Dietrich, reiche die Stärke des Gravitationslinseneffekts für die direkte Beobachtung aus. "Wir sehen so zum ersten Mal eines der Filamente, die das Universum durchziehen", sagt er.

Vor rund vier Jahren hatte Dietrich bereits zu einem Team um Norbert Werner vom Netherlands Institute for Space Research in Utrecht gehört, das im Fachmagazin "Astronomy & Astrophysics Letters" über dünnes Gas in der Verbindung zwischen Abell 222 und 223 berichtet hatte. Werner ist diesmal Co-Autor.

Damals hatten Daten des Röntgenobservatoriums "XMM-Newton" die Forscher auf die Spur des Gases gebracht. In ihrem neuen Beitrag schreiben sie nun, dass der Anteil dieser gewöhnlichen Materie in dem Filament bei weniger als neun Prozent liegen dürfte. "In dem Filament ist die Dunkle Materie die dominierende Form der Materie", sagt Dietrich.

Studie findet keine Dunkle Materie in kosmischer Nachbarschaft

Bleibt eine entscheidende Frage: Gibt es die Dunkle Materie überhaupt? Bei zahlreichen Experimenten auf der Erde versuchen Forscher seit längerem, den mysteriösen Trägerteilchen nachzuspüren. Einen eindeutigen Fund konnten sie bisher noch nicht vermelden. (Lesen Sie dazu mehr im aktuellen SPIEGEL)

Die bisher erfolglose Suche basiert auf der Annahme, dass die Gesetze der Gravitation überall im Universum gleich sind. Seit den Tagen von Isaac Newton gilt das als eine Grundannahme der Physik. Doch möglicherweise ist sie falsch. Das glauben zumindest die Anhänger der sogenanntenModifizierten Newtonschen Dynamik, kurz "Mond", die seit den Achtzigern immer wieder diskutiert wird, allerdings bisher eine Minderheitenmeinung ist.

Im April dieses Jahres hatten Forscher um Christian Moni Bidin von der Universidad de Concepción in Chile allerdings mit einer Studie im "Astrophysical Journal" für Aufsehen gesorgt. Darin stellten sie, basierend auf Beobachtungsdaten eines 2,2-Meter-Teleskops an der Europäischen Südsternwarte in Chile, die Behauptung auf, in der unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft der Sonne lasse sich gar keine Dunkle Materie nachweisen. Die Wissenschaftler hatten die Bewegungen von 400 Sternen in einer Entfernung von bis zu 13.000 Lichtjahren analysiert - und waren bei der Erklärung gänzlich mit den Effekten der herkömmlichen Materie ausgekommen.

Die Dunkle Materie hätte sich bei den Beobachtungen des Team eigentlich "sehr deutlich zeigen müssen", sagte Bidin, "aber sie ist einfach nicht da." Gibt es also einen Widerspruch zwischen diesen Ergebnissen und den aktuellen Beobachtungen bei Abell 222/223? Zumindest Dietrich sieht das nicht so. Der von den Chilenen untersuchte Bereich sei ungleich kleiner als der nun analysierte: "Das ist auf einer Skala, die für uns nicht bedeutsam ist."

Außerdem werde im "Astrophysical Journal" in Kürze eine Erwiderung von Jo Bovy und Scott Tremaine vom Institute for Advanced Study in Princeton (US-Bundesstaat New Jersey) erscheinen. Ein Vorabdruck ist bereits im Netz zur Diskussion zugänglich. Demnach könnte das Bidin-Team schlicht falsche Annahmen zur Masseverteilung in der Milchstraße getroffen haben.

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1. Verwirrung
pierre83 04.07.2012
Zitat von sysopUC of Michigan/ Jörg Dietrich /UC Observatory MunichDas Higgs-Boson ist der Schlüssel zum Verständnis der uns bekannten Materie - doch die macht nur rund fünf Prozent des Universums aus. Jetzt behaupten Forscher, einen Blick auf den Rest geworfen zu haben: Sie melden die erste direkte Beobachtung Dunkler Materie. http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,842636,00.html
Dass diese Meldung die wenige Stunden alte (!) Higgs Boson Entdeckung auf ihrer Homepage verdrängt, ist unglaublich. Die Arbeit ist noch nicht mal veröffentlicht, und wie immer müssen die Beobachtungen zigmal wiederholt werden. Indem Sie dieser Meldung die gleiche Tragweite zu geben scheinen wie das jahrelang gesuchte und nun endlich gefundene Higgs Teilchen, stiften Sie nur Verwirrung. Der 4. Juli 2012 wird in die Wissenschaftgeschichte eingehen als Tag der Entdeckung des Higgs Bosons. Es wäre mehr als angebracht, die Wissenschafts-Headline von heute ganz dieser Entdeckung zu widmen.
2. Da braucht wohl jemand Drittmittel Gelder?
arno_schlick 04.07.2012
Mir scheint langsam, moderne Wissenschaft hat mit den Mechanismen der Popkultur mehr zu tun, als mit dem, was ich eigentlich mit Wissenschaft immer verbunden habe. Das kann doch unmöglich seriös sein, zweiu solche Meldungen an einem einzigen Tag?? Ich sag mal: Die Neutrinos habnes wahrscheinlich längst gewusst, und zwar schon übermorgen!! :-)
3. Dunkles Munkeln
Salmonelli 04.07.2012
Galaxien fliegen deshalb nicht auseinander, weil sich in ihrer Mitte ein Schwarzes Loch befindet. Das mit der Dunklen Materie ist Unsinn. Das ist so etwas, wie früher der „Äther“. Dunkle Materie benötigt die unter christlichem Einfluss stehende Physik, weil sich anders der Quatsch mit dem „Urknall“ nicht beweisen lässt, der dem Lieben Gott doch noch eine Chance geben soll.
4. Das ist noch gar nichts!
berossos 04.07.2012
Zitat von pierre83Dass diese Meldung die wenige Stunden alte (!) Higgs Boson Entdeckung auf ihrer Homepage verdrängt, ist unglaublich. Die Arbeit ist noch nicht mal veröffentlicht, und wie immer müssen die Beobachtungen zigmal wiederholt werden. Indem Sie dieser Meldung die gleiche Tragweite zu geben scheinen wie das jahrelang gesuchte und nun endlich gefundene Higgs Teilchen, stiften Sie nur Verwirrung. Der 4. Juli 2012 wird in die Wissenschaftgeschichte eingehen als Tag der Entdeckung des Higgs Bosons. Es wäre mehr als angebracht, die Wissenschafts-Headline von heute ganz dieser Entdeckung zu widmen.
Ende dieser Woche wird die Dunkle Energie dingfest gemacht, aber auch diese Meldung wird sofort wieder von der Sensationsmeldung verdrängt, dass man am Cern nun in der Lage ist, einen Warp-Antrieb zu konstruieren. Im Übrigen: Ganz schlechte Zeiten für Irek!
5. Dunkle Materie - Der Äther userer Tage?
miklop 04.07.2012
Mich erinnert die Dunkle Materie immer frappierend an den "Äther" durch den sich bis Anfang des 20. Jahrhunderts Radiowellen/Licht etc. ausbreiten sollten, weil man sich keine Wellen ohne Trägermedium vorstellen konnte. Gescheiterte Nachweisversuche (Stichwort: Michelson/Morley) gaben dann letztlich diverse Denkanstöße u.a. für Albert Einstein, und - lange Geschichte, kurz zusammengefasst - auf einmal funktionierte die Welt auch ohne Äther. So oder ähnlich könnte es der Dunklen Materie einstmals auch ergehen. Heute noch hält man Sie für garantiert vorhanden und unbedingt notwendig, schlicht weil sich nur so die gängigen Theorien zur Ausbreitung des Universums rechnerisch zusammenhalten lassen. Aber schon morgen kommt dann irgendein Patentamts-Angestellter daher, denkt außerhalb der eingefahrenen Bahnen, und schon sind all die schönen Theorien, und mit Ihnen die Dunkle Materie nur noch ein Treppenwitz der Physikgeschichte.
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Die Grundkräfte der Natur
Fundamentale Wechselwirkungen
Sie sind buchstäblich das, was die Welt im Innersten zusammenhält: die Grundkräfte der Natur. Sie sind die Basis aller physikalischen Vorgänge, ohne sie wäre unser Universum nicht denkbar. Die Wissenschaft kennt vier dieser Kräfte, die auch fundamentale Wechselwirkungen genannt werden. Seit Jahrzehnten fahnden Wissenschaftler auch nach einer fünften - bisher allerdings ergebnislos.
Die Gravitation
Isaac Newton hat im 17. Jahrhundert die Schwerkraft erstmals mathematisch beschrieben. Sie besitzt eine unendliche Reichweite, lässt sich - anders als andere Grundkräfte - nicht abschirmen und wirkt vor allem auf große Distanzen. Planeten, Sterne und ganze Galaxien werden maßgeblich von ihr gesteuert. Dennoch ist sie die schwächste aller Fundamentalkräfte. Ein Mensch etwa - obwohl im Vergleich zur Erde winzig klein - kann die Schwerkraft zumindest kurzzeitig spielend mit seiner Körperkraft überwinden.
Die elektromagnetische Kraft
Sie ist neben der Gravitation die zweite Kraft, der schon früh der Rang eines allgemeinen Naturgesetzes gegeben wurde. Auf ihr basieren die meisten Alltagsphänomene: Wenn eine Glühbirne dank Strom Licht erzeugt, wenn Magneten sich anziehen, wenn Substanzen chemisch miteinander reagieren ist die elektromagnetische Wechselwirkung die Basis des Geschehens. Die Teilchen, durch die sie vermittelt wird, sind die Photonen.
Die starke Kernkraft
Die Kernkräfte wurden erst im 20. Jahrhundert mit der Entdeckung von Atomkernen und Radioaktivität beschrieben. Nach dem Standardmodell der Elementarphysik besteht ein Atomkern aus Neutronen und Protonen, die sich wiederum aus Quarks zusammensetzen. Die starke Kernkraft, auch starke Wechselwirkung genannt, hält diese Quarks zusammen - und damit auch die Atomkerne. Sie wird durch Gluonen vermittelt.
Die schwache Kernkraft
Die schwache Wechselwirkung ist die Grundlage einiger radioaktiver Zerfallsprozesse und spielt auch eine Rolle bei der Kernfusion, die etwa im Innern von Sternen abläuft. Sie besitzt wie auch die starke Kernkraft nur eine kurze Reichweite.

Die schwache Kernkraft sagt auch die Existenz des sogenannten Higgs-Bosons voraus, das der Theorie zufolge allen anderen Elementarteilchen ihre Masse verleiht. Der Partikel, auch "Gottesteilchen" genannt, wurde bisher aber noch nicht direkt beobachtet. Weltweit fahnden Forscher intensiv nach dem Teilchen. Mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger wie dem Large Hadron Collider (LHC) in Genf könnte es schon bald nachgewiesen werden.
Die fünfte Kraft
Seit Jahrzehnten fahnden Wissenschaftler nach einer fünften Kraft. Sie soll ähnlich schwach sein wie die Gravitation und auf Objekte aller Art wirken. Doch experimentell ließ sich die fünfte Fundamentalkraft - trotz einiger Versuche insbesondere in den späten achtziger Jahren - nicht schlüssig belegen.
Twitter-Humor zum Higgs-Boson

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