Astronomie: ISS liefert neue Erkenntnisse über Dunkle Materie
Messungen eines Detektors an der ISS fingen Positronen ein, die Rückschlüsse auf die Dunkle Materie erlauben. Sie bleibt eine der größten Unbekannten der Astrophysik.
© Nasa/dpa
Der "Alpha Magnetic Spectrometer Detektor" ("AMS-02") an der Außenwand der Raumstation ISS
Ein Detektor auf der Internationalen Raumstation ISS hat neue Hinweise auf der Suche nach Dunkler Materie geliefert. Die Forscher um den Physik-Nobelpreisträger Samuel Ting beobachteten einen Überschuss von Positronen im Weltall, die aus allen Richtungen auf die Erde einprasseln. Das berichtete das Genfer Kernforschungszentrum Cern.
Positronen sind die positiv geladenen Anti-Teilchen der Elektronen. Sie könnten nach Ansicht vieler Physiker entstehen, wenn sich zwei Teilchen der Dunklen Materie im Weltall begegnen. Aufgefangen hat sie das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), das am 19. Mai 2011 an der Außenseite der ISS installiert wurde.
Die Dunkle Materie gilt als eines der größten Rätsel der modernen Physik. Wissenschaftler forschen seit 80 Jahren auf diesem Gebiet. Sie wollen klären, weshalb Galaxien in großen Gruppen durch den Kosmos fliegen, obwohl die Sterne darin zu wenig Schwerkraft aufbringen, um die riesigen Gebilde zusammenzuhalten. Ohne Dunkle Materie bleibt auch rätselhaft, weshalb sich die spiralförmigen Arme unserer Galaxie viel schneller drehen, als sich mit der Schwereanziehung der sichtbaren Materie erklären lässt.
- Inflation
Exponentielle Aufblähung des Universums unmittelbar nach dem Urknall. Sie wurde postuliert, um Widersprüche im Urknallmodell zu beseitigen. Ihre Ursache ist noch unklar.
- Dunkle Energie
Sie wirkt wie ein Überdruck im Kosmos und gilt als Ursache der beschleunigten Expansion des Universums. Bislang ist sie nur eine Hypothese.
- Dunkle Materie
Hypothetische Materieform, die sich bislang nur durch die Schwerkraft bemerkbar macht. Physiker hoffen, dass sie die Elementarteilchen der Dunklen Materie im Teilchenbeschleuniger LHC in Genf finden werden.
- Roter Riese
Zwischenstadium eines Sterns, der 0,5- bis fünfmal so schwer ist wie unsere Sonne. Da der Wasserstoff im Kern aufgebraucht ist, fusionieren nun Atome in der Hülle des Sterns. Das Gas in der äußeren Schicht wird erhitzt und dehnt sich aus – der Stern bläht sich auf. Dadurch verteilt sich die Energie auf eine größere Oberfläche, sodass die Temperatur sinkt. Der Stern leuchtet nur noch rötlich.
- Weißer Zwerg
Endstadium eines Roten Riesen. Die Hülle des Sterns ist abgesprengt, übrig bleibt eine Kugel, so groß wie unsere Erde. Da sich die verbleibende Energie auf eine kleinere Oberfläche konzentriert, steigt die Temperatur – und der Stern leuchtet sehr hell.
Die Dunkle Materie soll fünfmal häufiger im Weltall vorkommen als jene Materie, aus der Menschen, Planeten und Sterne aufgebaut sind. Das geht aus Beobachtungen des frühen Universums hervor, die das Team des Esa-Satelliten Planck erst Mitte März präsentiert hatte. Bisher wissen Forscher nicht, woraus die Dunkle Materie besteht. Die populärste Theorie geht von bisher unbekannten Elementarteilchen aus, die nicht mit Licht wechselwirken und daher für das menschliche Auge unsichtbar sind.
Astronomen vermuten große Mengen Dunkler Materie an den Rändern der Milchstraße. Bemerkbar könnten sie sich machen, wenn zwei der Teilchen zusammenstoßen. Dabei würden sich diese gegenseitig auslöschen, und aus der freigesetzten Energie könnten Positronen entstehen. Das geht zumindest aus der Supersymmetrie hervor, einer ambitionierten Theorie, die das bisherige Weltmodell der Physiker erweitern soll.
Die ISS hat Positronen gemessen. Jene könnten aus dunkler Materie entstehen.
Verstehe ich den Artikel richtig, daß der einzige Bezug dieser Messung auf die dunkle Materie darin liegt, daß die Positronen aus allen Richtungen angeflogen kommen, also gleichmäßig verteilt sein könnten?
Falls dem so ist, scheint mir das alles ein wenig voreilig - das würde nur darauf hindeuten, daß Positronenquellen (oder die Positronen selber) gleichmäßig verteilt sind; die Verbindung zur diffusen dunklen Materie (die ja - so scheint's mir - eher aus Verlegenheit erfunden wurde, um die Theorie den Messungen anzugleichen) scheint mir äußerst wackelig.
Ich bin aber auch kein Fachmann. Vielleicht kann mir einer weiterhelfen?
Lieber Leser,
der Autor der Meldung, Robert Gast, ist gerade unterwegs ohne Internetzugang und bat mich, für ihn diese Antwort zu posten:
"Sie haben Recht: Dass die Positronen offenbar aus allen Richtungen und ohne zeitliche Variation die Erde erreichen, ist tatsächlich ein wesentlicher Bestandteil der Neuigkeit. Denn das würde man eher nicht von einem erdnahen Pulsar erwarten, der bisher als eine der plausibelsten Erklärungen für den Positronen-Überschuss galt. Was für eine Verteilung mehrere, quer über die Milchstraße verteilte Pulsare bewirken würden, weiß ich allerdings nicht.
Generell halte ich es für wichtig, dass AMS den Überschuss von Positronen noch einmal mit hoher Präzision bestätigt hat. Sowohl bei Fermi als auch Pamela gab es noch Zweifel, ob das Ergebnis tatsächlich stimmt, da beide Experimente längst nicht so gut Positronen von Elektronen (und Protonen) unterscheiden können, wie das AMS-02 kann.
Spannend ist auch, dass das Positronen-Spektrum ab einer Energie von ca. 300GeV offenbar wieder flacher wird. Die interessante Frage ist, ob man jenseits von einer noch höheren Energie plötzlich nur noch sehr wenige Positronen findet – das würde man erwarten, wenn die Positronen tatsächlich von der Dunklen Materie herrühren. AMS-02 kann das vermutlich mit mehr Daten beantworten."
Lieber Leser,
der Autor der Meldung, Robert Gast, ist gerade unterwegs ohne Internetzugang und bat mich, für ihn diese Antwort zu posten:
"Sie haben Recht: Dass die Positronen offenbar aus allen Richtungen und ohne zeitliche Variation die Erde erreichen, ist tatsächlich ein wesentlicher Bestandteil der Neuigkeit. Denn das würde man eher nicht von einem erdnahen Pulsar erwarten, der bisher als eine der plausibelsten Erklärungen für den Positronen-Überschuss galt. Was für eine Verteilung mehrere, quer über die Milchstraße verteilte Pulsare bewirken würden, weiß ich allerdings nicht.
Generell halte ich es für wichtig, dass AMS den Überschuss von Positronen noch einmal mit hoher Präzision bestätigt hat. Sowohl bei Fermi als auch Pamela gab es noch Zweifel, ob das Ergebnis tatsächlich stimmt, da beide Experimente längst nicht so gut Positronen von Elektronen (und Protonen) unterscheiden können, wie das AMS-02 kann.
Spannend ist auch, dass das Positronen-Spektrum ab einer Energie von ca. 300GeV offenbar wieder flacher wird. Die interessante Frage ist, ob man jenseits von einer noch höheren Energie plötzlich nur noch sehr wenige Positronen findet – das würde man erwarten, wenn die Positronen tatsächlich von der Dunklen Materie herrühren. AMS-02 kann das vermutlich mit mehr Daten beantworten."
"Messungen eines Detektors an der ISS weisen darauf hin, dass sie aus Anti-Teilchen besteht."
Das stimmt leider so nicht. Die dunkle Materie kann nicht aus Antiteilchen zu bekannten Teilchen bestehen, sonst wäre sie nicht dunkel. Tatsächlich gibt es so gut wie keine (baryonische) Antimaterie im beobachtbaren Universum, siehe z.B. http://iopscience.iop.org....
Wie später im Artikel korrekt gesagt wird, können Positronen entstehen, wenn Dunkle Materie Teilchen miteinander kollidieren. Das ist allerdings nicht, wie suggeriert, spezifisch für supersymmetrische Theorien.
Positronen können auch anders erzeugt werden, z.B. durch Pulsare (Neutronensterne). Das besondere an den Messungen von AMS2/Fermi/Pamela ist, dass es mehr Positronen zu geben scheint als aus solchen Quellen erwartet - das könnte ein Zeichen für dunkle Materie als Ursache sein.
Mit schwarzen Löchern hat das übrigens nicht wirklich viel zu tun, daher würde ich die Kategorie des Artikels ändern.
Lieber Leser,
ich habe eben noch einmal mir dem Autor der dpa-Meldung telefoniert, der sich übrigens sehr gut in der Teilchenphysik auskennt und auch schon als Autor für ZEIT ONLINE und DIE ZEIT zu Higgs und verwandten Themen geschrieben hat.
In diesem Fall ist aber in der Tat im Teaser der Meldung etwas schiefgelaufen. Im Text steht der Sachverhalt richtig. Wir haben es geändert.
Danke auch für Ihren Hinweis.
Lieber Leser,
ich habe eben noch einmal mir dem Autor der dpa-Meldung telefoniert, der sich übrigens sehr gut in der Teilchenphysik auskennt und auch schon als Autor für ZEIT ONLINE und DIE ZEIT zu Higgs und verwandten Themen geschrieben hat.
In diesem Fall ist aber in der Tat im Teaser der Meldung etwas schiefgelaufen. Im Text steht der Sachverhalt richtig. Wir haben es geändert.
Danke auch für Ihren Hinweis.
Lieber Leser,
ich habe eben noch einmal mir dem Autor der dpa-Meldung telefoniert, der sich übrigens sehr gut in der Teilchenphysik auskennt und auch schon als Autor für ZEIT ONLINE und DIE ZEIT zu Higgs und verwandten Themen geschrieben hat.
In diesem Fall ist aber in der Tat im Teaser der Meldung etwas schiefgelaufen. Im Text steht der Sachverhalt richtig. Wir haben es geändert.
Danke auch für Ihren Hinweis.
Lieber Leser,
der Autor der Meldung, Robert Gast, ist gerade unterwegs ohne Internetzugang und bat mich, für ihn diese Antwort zu posten:
"Sie haben Recht: Dass die Positronen offenbar aus allen Richtungen und ohne zeitliche Variation die Erde erreichen, ist tatsächlich ein wesentlicher Bestandteil der Neuigkeit. Denn das würde man eher nicht von einem erdnahen Pulsar erwarten, der bisher als eine der plausibelsten Erklärungen für den Positronen-Überschuss galt. Was für eine Verteilung mehrere, quer über die Milchstraße verteilte Pulsare bewirken würden, weiß ich allerdings nicht.
Generell halte ich es für wichtig, dass AMS den Überschuss von Positronen noch einmal mit hoher Präzision bestätigt hat. Sowohl bei Fermi als auch Pamela gab es noch Zweifel, ob das Ergebnis tatsächlich stimmt, da beide Experimente längst nicht so gut Positronen von Elektronen (und Protonen) unterscheiden können, wie das AMS-02 kann.
Spannend ist auch, dass das Positronen-Spektrum ab einer Energie von ca. 300GeV offenbar wieder flacher wird. Die interessante Frage ist, ob man jenseits von einer noch höheren Energie plötzlich nur noch sehr wenige Positronen findet – das würde man erwarten, wenn die Positronen tatsächlich von der Dunklen Materie herrühren. AMS-02 kann das vermutlich mit mehr Daten beantworten."
erst einmal Danke für Ihre Antwort.
Zum Theorie-der-Messung-anpassen: allgemein (wie gesagt, bin kein Physiker) muß eine Theorie, wenn sie auf konträre Empirie stößt, entweder aufgegeben werden, oder zur Subtheorie "degradiert" werden (etwa die Netwonsche Mechanik, die nur in bestimmten Bereichen funktioniert), oder um einen neuen Aspekt erweitert werden.
Letzteres wurde getan; mir schien es aus der Außenperspektive eben so, als ob man willkürlich einen neuen Faktor erfunden hat, der die Lücke füllt, ohne wiederum weitere empirische Hinweise für jenen Faktor zu haben (was sich nun vielleicht geändert hat).
Das mag aber freilich auch nur für den Laien so scheinen - und die Bearbeitung des Themas in mancherlei Medien (speziell Dokumentation), in denen dunkle Materie dargestellt wird wie "mysteriöse Materie, die Gravitation auswirkt und sonst nichts, läßt diesen Erklärungsansatz als ebenso wissenschaftlich erscheinen wie "der Donnergott hat's getan".
Und mir als Laie ist es eben schwer möglich, zu entscheiden, ob der Erklärungsansatz der Dunklen Materie eben nur ein solcher Lückenfüller ist, zu dem jetzt krampfhaft Empirie zurecht gebogen wird, oder ob diese Theorie wirklich Bestand hat.
Daher die Frage.
Die Antwort des Autors (Nr. 21) mit dem Aspekt der erwarteten minderen Positronenanzahl ab einer gewissen Energieschwelle fand ich da sehr erhellend.
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