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| Wo Licht ist, ist auch viel dunkle Materie |
Astronomen der Universität Zürich und der ETH Zürich haben gemeinsam mit internationalen Forschenden die Menge der Materie in Sonnennähe gemessen und dabei einen grossen Anteil an unsichtbarer dunkler Materie nachgewiesen. Ihre Ergebnisse stimmen mit der bisherigen Theorie überein, wonach unsere Galaxie von einem massiven Halo von dunkler Materie umgeben ist. Als Erste haben sie eine Methode angewendet, die sie konsequent anhand von Simulationen getestet haben.
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Der Astronom Fritz Zwicky entdeckte in den 30-er Jahren die dunkle Materie und stellte fest, dass Galaxienhaufen mit einer unsichtbaren Substanz gefüllt sind. Eine weitere Entdeckung zur selben Zeit enthüllte, dass die Materiedichte im Umfeld der Sonne fast doppelt so hoch ist, wie durch Sternenmassen und sichtbares Gas allein erklärt werden kann.Trotz jahrzehntelanger Forschung blieb die Menge der dunklen Materie nahe der Sonne schleierhaft. Verschiedene Messungen ergaben zwischen drei- und sechsmal so viel dunkle Materie wie erwartet.
Dann wurde letztes Jahr anhand neuer Daten und einer neuen Methode plötzlich weit weniger dunkle Materie detektiert. Dieses überraschende Resultat sorgte weltweit für Verwirrung, wobei es die Astronomen letztlich den zu wenig genauen Simulationsmethoden und Analysen zuschrieben.
Simulation der Milchstrasse als Test
Nun hat ein internationales Team, unter der Leitung von UZH Forschenden und mit Beteiligung der ETH Zürich, einen neuen Weg eingeschlagen. Die Forschenden simulierten die Milchstrasse in Hochauflösung und testeten somit ihr Vorgehen zur Messung der dunklen Materie, bevor sie dieses auf reale Daten anwendeten.
Dies führte zu einigen Überraschungen: Sie bemerkten, dass mit den Standardtechniken der letzten zwanzig Jahre zu tiefe Werte der Dichte von dunkler Materie berechnet worden sind. Darauf basierend entwickelten die Forschenden eine neue Technik, um den korrekten Wert für die Simulation zu erhalten.
Angewandt auf die Positionen und Geschwindigkeiten von mehr als 2000 K-Zwergsternen in Sonnennähe, schätzen die Forschenden die lokale Dichte von dunkler Materie neu ein.
Beweis für dunkle Materie in Sonnennähe
«Wir sind zu 99 Prozent sicher, dass es dunkle Materie in Sonnennähe gibt. Mit 90-prozentiger Sicherheit finden wir sogar mehr dunkle Materie als erwartet», sagt Hauptautorin Silvia Garbari. Bestätigen zukünftige Daten diesen hohen Wert, könnte das den ersten Beweis für eine Scheibe aus dunkler Materie liefern, die kürzlich von numerischen Simulationen der Galaxienentstehung vorhergesagt wurde, folgert die UZH-Forscherin. Und sie ergänzt: «Es könnte auch bedeuten, dass der Halo aus dunkler Materie deformiert ist, sodass der Wert für die lokale Dichte in die Höhe getrieben wird.»
Viele Physiker gehen davon aus, dass dunkle Materie aus einem neuen Elementarteilchen besteht, das nur sehr schwach mit normaler Materie wechselwirkt. Würde das zutreffen, dann müsste es möglich sein, dieses Teilchen in Experimenten zu detektieren. Die genaue Messung der lokalen Dichte von dunkler Materie ist für solche Versuche unerlässlich. Dazu Koautor George Lake, Professor für Theoretische Physik an der Universität Zürich: «Experimentalphysiker hoffen, einen winzigen Teil dieser Teilchen in Versuchen wie beispielsweise mit dem XENON-Detektor einzufangen. Kenntnis über die lokalen Eigenschaften von dunkler Materie ist zentral, um die Ergebnisse zur Bestimmung der Teilchenart zu verwenden.»
Literatur:
Silvia Garbari, Chao Liu, Justin I. Read, George Lake. A new determination of the local dark matter density from the kinematics of K dwarfs. Monthly Notice of the Royal Astronomical Society. 9 August, 2012. 2012arXiv1206.0015G.
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| Quelle:
Text Universität Zürich, August 2012 |
| Der Himmel wie Planck ihn sieht |
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Der ESA-Satellit Planck kartiert das Universum. Am Ende seiner Mission im Jahr 2012 hat der Satellit den Himmel insgesamt viermal vollständig abgetastet. Der erste komplette Datensatz der kosmischen Mikrowellen- Hintergrundstrahlung steht ab 2012 zur Verfügung stehen. |
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| Dunkle Materie |
| 95 Prozent der bisher gewonnenen Erkenntnissen der Kosmologie bilden so genannte Dunkle Energie und Dunkle Materie, deren physikalische Natur bislang völlig ungeklärt ist. Die Dunkle Energie erfüllt das Universum homogen und bewirkt, dass es beschleunigt expandiert. Die Dunkle Materie macht sich bei vielen astrophysikalischen Beobachtungen durch ihre Schwerkraftwirkung bemerkbar. Quelle: Karlsruhe Institute of Technology |
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| Schwarzes Loch |
| Supermassereicher Raum im Zentrum einer Galaxie. |
| Um Schwarze Löcher herum bewegen sich Gaswolken. Wenn das Gas am schwarzen Loch vorbei fliegt, kehrt es seine Bewegungsrichtung um. |
| Die ersten superschweren Schwarzen Löcher sind kurz nach dem Urknall entstanden. Die superschweren Schwarzen Löcher haben sich vor 13 Milliarden Jahren durch die Kollision von Galaxien gebildet. |
| Riesige Galaxien und supermassive Schwarze Löcher entstehen schnell. Kleine Galaxien dagegen - wie z.B. unsere eigene Galaxie, die Milchstrasse, und ihr vergleichsweise kleines Schwarze Loch im Zentrum - sind langsamer entstanden. Dieses ist mit etwa 1 Million Sonnenmassen deutlich kleiner als die 1 Milliarde Sonnenmassen, welche die simulierten Schwarzen Löcher wiegen.
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| Supernova (Mrz: Supernovae) |
| Explosion eines Sterns am Ende seiner Lebenszeit. |
| Innerhalb weniger Tage blähen sie sich um ein Vielfaches auf und schleudern einen Grossteil ihrer Materie ins Universum. Solche Phänomene sind oft nur während wenigen Monaten sichtbar und verblassen danach sehr stark. Supernovae emittieren ultraviolettes Licht |
| Die Materie, aus der die Erde besteht, entstand vor Milliarden von Jahren in einer Supernova und wurde dann bei der Explosion in den Weltraum geschleudert. |
| Zwerggalaxie |
| Extragalaktisches Sternensystem, welches in der Morphologie den normalen
Galaxien ähnlich ist, aber eine geringere absolute Helligkeit hat. |
| Magellansche Wolken |
| Zwei irreguläre Zwerggalaxien in nächster Nähe
der Milchstrasse; Teil der Lokalen Gruppe; benannt nach Ferdinand Magellan,
dem ersten Europäer, der die beiden Wolken anlässlich seiner
Weltumseglung 1519 beschrieb. |
| 1 Lichtjahr |
| Weg des Lichts, das sich während eines Erdjahres ausbreitet = ca. 365 Tage . 24 h . 3'600 sec . 300'000 km/sec = 9,461 . 1012 km = 9,461 Billionen km |
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