UniversumScotland Dark jagt Mister Wimp

Physiker sind in einen einzigartigen Kriminalfall verstrickt: Sie wollen die rätselhafte Dunkle Materie, die seit dem Urknall im Kosmos ihr Unwesen treibt, endlich dingfest machen. Allzu viele Verstecke bleiben ihr nicht mehr. von 

Die Ermittler haben den Fall in groben Zügen rekonstruiert: Die Verdächtigen waren früh am Tatort erschienen, schnell bildeten sie einen Mob. Bald darauf brannte es lichterloh. Seitdem hört man nur noch Gerüchte: An den Rändern der Milchstraße sollen die Delinquenten gesichtet worden sein und im Galaxienhaufen 1E 0657-558. Das letzte Foto der Täter ist allerdings etwa 13.769.620.000 Jahre alt. Wie soll man da den Fall noch lösen?

Die Rede ist von einem mächtigen Schattensyndikat. Als das Universum noch jung war, haben seine Handlanger den Kosmos in den Schwitzkasten genommen. Sie haben wehrlose Atome herumgeschubst, haben sie gezwungen, Galaxien zu bilden und sich im Feuer der ersten Sterne zu opfern. Heute operiert das Syndikat im Unsichtbaren, so geschickt, dass mancher gar an seiner Existenz zweifelt. »Dunkle Materie« heißt die Gruppe – so kann sich ja jeder nennen!

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Eine interstellare Fahndertruppe will den Anführer stellen, dem Versteckspiel ein Ende machen. »Mister Wimp« heißt der Schattenboss. Seit Jahren läuft die Fahndung auf Hochtouren. Und nun gibt es endlich eine heiße Spur – aber stammt sie wirklich von dem intergalaktischen Superschurken?

Einer der Ermittler sitzt in einer grauen Kantine und steckt seine Gabel in lauwarme Spaghetti. »Es handelt sich um ein äußerst unsoziales Elementarteilchen«, sagt Alfredo Ferella, ein 35-jähriger Physiker mit schwarzem Kinnbart. Seit neun Jahren jagt er Mister Wimp – das Elementarteilchen, aus dem die Dunkle Materie bestehen soll. Im Universum die Strippen ziehen, sich aber bis heute versteckt halten? »Ich mag dieses Verhalten nicht«, sagt Ferella.

Deshalb fährt er an 70 Tagen im Jahr in einen Autotunnel, der neben der Kantine im Gran Sasso d’Italia verschwindet – einem zackigen Felsmassiv, zwei Autostunden von Rom entfernt. Nach fünf Kilometern hält Ferella vor einem Metalltor und sagt das Codewort in die knackende Sprechanlage: »Xenon«. Surrend schiebt sich die Pforte zu den Laboratori Nazionali del Gran Sasso zur Seite. Ferella nickt den Wachmännern zu, setzt seinen roten Helm auf und verschwindet in dem Tunnellabyrinth.

In den Untergrundlaboren wollen 900 Menschen die besonders zähen Kriminalfälle des Universums lösen. Wer nicht nach Mister Wimp sucht, interessiert sich für die Taten der geisterhaften Neutrinos oder die Akte des »neutrinolosen doppelten Betazerfalls«. Es sind verschiedene Fälle, die aber am Ende dieselbe ewige Frage beantworten sollen: Woraus besteht das Universum?

Bisher haben die Physiker erst einen kleinen Teil der Frage beantwortet. In den letzten 50 Jahren haben sie das »Standardmodell« ausgearbeitet: ein Regelwerk für jene vier Grundkräfte und zwölf Elementarteilchen, mit denen sich das Innere von Sternen, Planeten und Menschen beschreiben lässt. Könnte man jedoch das Universum auf die Waage legen, würde man feststellen, dass der Stoff des Standardmodells gerade mal ein Fünftel des Gewichts ausmacht. Über 80 Prozent der Materie des Kosmos entfallen dagegen auf eine bisher unsichtbare Materieform, vermuten die Physiker. Ihrem Stand geht es damit ähnlich wie ein paar Provinzpolizisten, die eigentlich eine Dorfschlägerei aufklären wollten – und es unverhofft mit der Mafia zu tun bekommen.

Stichhaltigstes Indiz für die Dunkle Materie ist ein schemenhaftes Bild aus dem frühen Universum. Der Schnappschuss des Satelliten WMAP zeigt den Zustand des Kosmos kurz nach dessen Geburt; vor 13,77 Milliarden Jahren entstand er in einem gewaltigen Feuerball aus dem Nichts. Danach expandierte die Ursuppe aus leichten Atomkernen, Elektronen und Photonen mit rasanter Geschwindigkeit. Nach 380.000 Jahren war der junge Kosmos weit genug abgekühlt, dass sich Elektronen und Wasserstoffkerne zu Paaren zusammenfinden konnten.

Als sie sich in die Arme fielen, konnten sich die Photonen plötzlich ungehindert im All ausbreiten. Bis heute hallt ihr Echo durchs Universum, aus allen Richtungen trifft es zu jeder Zeit auf die Erde. Winzige Schwankungen in dieser »Hintergrundstrahlung« verraten, wie viel Materie sich einst im frühen Universum befand – und wie diese verteilt war.

In dem Beweisstück erkennen die geübten Augen der Ermittler die Umrisse der Dunklen Materie. Sie muss sich früh an vielen Orten versammelt haben. Denn die dunklen Klumpen bildeten vermutlich die Keimzelle gewaltiger Gasnebel, die bald zu Galaxien anwuchsen. Darin verdichtete sich Wasserstoffgas so weit, dass vielerorts die Kernfusion zündete und alsbald die ersten Sterne zu leuchten begannen. »Ohne Dunkle Materie wäre all das nicht passiert«, sagt die Astrophysikerin Katherine Freese von der University of Michigan.

Leserkommentare
  1. 1. 12345

    Schöner Artikel!

    2 Leserempfehlungen
  2. Allerhöchstens die verschwindende Minderheit der Nicht-Dunkle-Materie-Experten können durch den raffinierten Krimi-Einstieg ein bisschen verwirrt werden.

    • Mari o
    • 10. März 2013 18:02 Uhr

    Nichts ist ohne Grund,oder so.
    http://de.wikipedia.org/w...

    aber gut das ich mal wieder daran erinnert wurde,dass es über das alltägliche
    Gemetzel von ,mit uns und unter uns Erdlingen auch noch was phantasieanregendes gibt.

  3. SEit Einstein die Zeit relativierte bin ich verwirrt.
    Wie kann ein Blick zurück , 13,irgendwas Milliarden Jahre, ein verläßliches Bild liefern das man als Grundlage für Theorien nehmen kann?
    Das Licht, das vor 13 Milliarden Jahre seinen Weg begann, wurde wieoft oder wieweit ab-oder umgelenkt?
    Wie kann man übehaupt irgend ein Alter bestimmen, wenn der maßstab relativ ist?

    Wenn ich sage, von Manheim nch Frankfurt sind es 70 km dann aber hinzufüge, daß der Maßstab 1 Meter mal länger oder mal kürzer sin kann, was nützt mir dann noch eine Längenangabe?
    Wir haben nur 5 Sinne und einige beeindruckende technische Möglichkeiten - vielleicht reicht das einfach nicht aus um die Wahrheit zu finden. Aber das Suchen macht Spaß und es gibt sinnentleertere Bechäftigungen als das Suchen nach dunkler Materie, oder ?
    Lieber 1 Milliarde € in die Suche nach wums oder wims investierern, als für 5 Millionen € ein Panzer zu bauen.

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    Eine Größe bei all diesen Raum-Zeit-Betrachtungen bleibt immer absolut, und zwar die Lichtgeschwindigkeit. Es existiert dann immer noch eine Geometrie, allerdings ohne den klassischen Satz des Pythagoras. Somit kann man sehr wohl Längen bestimmen, welche allerdings nur im "Kleinen", irdischen Maßstab, mit unseren gewohnten übereinstimmen. Die kosmische "Arena" ist wirklich nichts mysteriöses, nur halt "ungewohnt" im Vergleich zum menschlichen Alltagsgebrauch :-)

    Die Dichte der Materie im "leeren" Raum zwischen den Galaxien ist so dünn, dass die allermeisten Photonen/Lichtstrahlen in den letzten 13Mrd Jahren kein Atom getroffen haben.

    Das Universum dehnt sich aus und kühlt dabei ab. Früher war es daher heißer. Da man die Ausdehnung beobachten kann, kann man die Temperatur als Funktion der Zeit rekonstruieren. Dabei ist auch zu bedenken, dass wir entfernte Objekte so sehen, wie sie vor langer Zeit waren, da das Licht eine endliche Geschwindigkeit hat.

    Als das Universum so heiß war, dass die Atome ionisiert waren, war es undurchsichtig. Weiter können wir nicht zurückblicken. Die kosmische Mikrowellenstrahlung ist eine (rotverschobene) Aufnahme dieses heißen, undurchsichtigen Plasmas. Diese Strahlung hat das Universum seit dem weitgehend ungehindert durchquert. Da wir die Temperaturentwicklung rekonstruieren können, wissen wir ziemlich genau, wann das Universum so heiß war, dass Atome ionisiert wurden - d.h., wann diese Strahlung ausgesandt wurde.

    Vor 25 Jahren war Kosmologie eine hochspekulative Sache. Das hat sich geändert - unser Bild vom frühen Universum basiert auf Unmengen von Daten, z.B. astronomische Beobachtungen wie Temperaturschwankungen im Mikrowellenhintergrund, Absorbtionsspektra von Quasaren, Rekonstruktion der Materieverteilung über Einsteins Gravitationslinseneffekt, Häufigkeiten der leichten Elemente im Universum, Kataloge der räumlichen Verteilung von Millionen Galaxien, Daten von Teleskopen (optisch, Neutrino, radio, röntgen, Mikrowellen...), Supernovaexplosionen in entfernten Galaxien. Hinzu kommen Daten aus Teilchenbeschleunigern wie dem LHC sowie Rechnungen auf Supercomputern, welche die Entstehung der Galaxien aus den Anfangsbedingungen simulieren, wie wir sie im 13 Mrd Jahre alten "Foto" des Mikrowellenhingergrundes kennen. Alles gibt ein sehr konsistentes Bild, und kein einziger Teil der Theorie basiert auf nur einer einzigen Beobachtung. Wir wissen zwar noch nicht, woraus dunkle Materie besteht, aber wir wissen aus all diesen Daten sehr viel darüber, wie sie sich verhält.

    Leider kenne ich keine "allgemeinverständliche" Referenz in deutscher Sprache, im Englischen gibt es aber im Internet zahlreiche Informationen... einfach mal googeln (z.B. http://map.gsfc.nasa.gov/... oder http://background.uchicag... zum Mikrowellenhintergrund). Für Leute mit etwas technischem Hintergrund würde ich etwa die Kosmologiebücher von Steven Weinberg oder Mukhanov empfehlen

  4. Eine Größe bei all diesen Raum-Zeit-Betrachtungen bleibt immer absolut, und zwar die Lichtgeschwindigkeit. Es existiert dann immer noch eine Geometrie, allerdings ohne den klassischen Satz des Pythagoras. Somit kann man sehr wohl Längen bestimmen, welche allerdings nur im "Kleinen", irdischen Maßstab, mit unseren gewohnten übereinstimmen. Die kosmische "Arena" ist wirklich nichts mysteriöses, nur halt "ungewohnt" im Vergleich zum menschlichen Alltagsgebrauch :-)

    Antwort auf "Ich lese und staune."
  5. Die Dichte der Materie im "leeren" Raum zwischen den Galaxien ist so dünn, dass die allermeisten Photonen/Lichtstrahlen in den letzten 13Mrd Jahren kein Atom getroffen haben.

    Das Universum dehnt sich aus und kühlt dabei ab. Früher war es daher heißer. Da man die Ausdehnung beobachten kann, kann man die Temperatur als Funktion der Zeit rekonstruieren. Dabei ist auch zu bedenken, dass wir entfernte Objekte so sehen, wie sie vor langer Zeit waren, da das Licht eine endliche Geschwindigkeit hat.

    Als das Universum so heiß war, dass die Atome ionisiert waren, war es undurchsichtig. Weiter können wir nicht zurückblicken. Die kosmische Mikrowellenstrahlung ist eine (rotverschobene) Aufnahme dieses heißen, undurchsichtigen Plasmas. Diese Strahlung hat das Universum seit dem weitgehend ungehindert durchquert. Da wir die Temperaturentwicklung rekonstruieren können, wissen wir ziemlich genau, wann das Universum so heiß war, dass Atome ionisiert wurden - d.h., wann diese Strahlung ausgesandt wurde.

    Antwort auf "Ich lese und staune."
  6. Vor 25 Jahren war Kosmologie eine hochspekulative Sache. Das hat sich geändert - unser Bild vom frühen Universum basiert auf Unmengen von Daten, z.B. astronomische Beobachtungen wie Temperaturschwankungen im Mikrowellenhintergrund, Absorbtionsspektra von Quasaren, Rekonstruktion der Materieverteilung über Einsteins Gravitationslinseneffekt, Häufigkeiten der leichten Elemente im Universum, Kataloge der räumlichen Verteilung von Millionen Galaxien, Daten von Teleskopen (optisch, Neutrino, radio, röntgen, Mikrowellen...), Supernovaexplosionen in entfernten Galaxien. Hinzu kommen Daten aus Teilchenbeschleunigern wie dem LHC sowie Rechnungen auf Supercomputern, welche die Entstehung der Galaxien aus den Anfangsbedingungen simulieren, wie wir sie im 13 Mrd Jahre alten "Foto" des Mikrowellenhingergrundes kennen. Alles gibt ein sehr konsistentes Bild, und kein einziger Teil der Theorie basiert auf nur einer einzigen Beobachtung. Wir wissen zwar noch nicht, woraus dunkle Materie besteht, aber wir wissen aus all diesen Daten sehr viel darüber, wie sie sich verhält.

    Leider kenne ich keine "allgemeinverständliche" Referenz in deutscher Sprache, im Englischen gibt es aber im Internet zahlreiche Informationen... einfach mal googeln (z.B. http://map.gsfc.nasa.gov/... oder http://background.uchicag... zum Mikrowellenhintergrund). Für Leute mit etwas technischem Hintergrund würde ich etwa die Kosmologiebücher von Steven Weinberg oder Mukhanov empfehlen

    Eine Leserempfehlung
    Antwort auf "Ich lese und staune."

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