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Serie Astronomie (VI)

Der Dunkle Kosmos

Gewöhnliche Materie scheint im Universum kaum eine Rolle zu spielen, vielmehr wird es laut aktuellen Theorien von unsichtbarer Dunkler Materie und Dunkler Energie dominiert. Mit raffinierten Beobachtungstechniken versuchen Forscher, diesen mysteriösen Phänomenen auf die Spur zu kommen.
Wenn Dunkle Materie sichtbar wird
Erratum:In der Grafik auf S. 69 muss das Higgs-Teilchen die Bezeichnung H statt W tragen und das Higgsino entsprechend H̃ statt W̃. Dank an Arnold Krause, der uns auf den Fehler aufmerksam gemacht hat.

Am 14. Mai 2009 schießt fauchend eine Ariane-5-Rakete vom Europäischen Raumbahnhof Kourou in den Himmel. Im Gepäck hat sie den Satelliten "Planck", der über mehrere Jahre hinweg die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung – das heiße Echo des Urknalls – auffangen und mit bahnbrechender Präzision vermessen soll. Etwa 60 Tage dauerte Plancks Reise zu seinem Bestimmungsort am so genannten Lagrange-Punkt 2, 1,5 Millionen Kilometer von unserem Planeten entfernt. Dort, auf der Nachtseite der Erde, heben sich die Fliehkraft und die Schwerkraft von Erde und Sonne gerade auf, so dass der Satellit kräftefrei schwebt. Dieser Ort ist ideal geeignet, um jenseits aller irdischen Störungen auf die schwachen Signale vom Ursprung unseres Universums zu lauschen.

Ein Jahr später, im Mai 2010, starten Wissenschaftler im Forschungszentrum Jülich unter meiner Beteiligung die Millennium-XXL-Simulation. 12 388 Prozessoren von Juropa, einem der leistungsfähigsten Supercomputer der Welt, beginnen, am bisher größten und detailreichsten Modell des Universums zu arbeiten. Die Rechnung geht von Plancks Beobachtungen der kosmischen Kinderstube aus und bestimmt, was sich daraus über einen Zeitraum von mehr als 13 Milliarden Jahren hinweg entwickelt. Der Computer arbeitet sich dabei durch Trilliarden von Rechenoperationen.

Beiden Projekten gemeinsam ist, dass sie nach einem tieferen Verständnis des so genannten kosmologischen Standardmodells suchen. In dieser Theorie wird das stoffliche Universum von einer geheimnisvollen Substanz dominiert, nämlich der Dunklen Materie. Ebenfalls im Spiel ist eine weitere, nicht minder seltsame Komponente, die der allgegenwärtigen Schwerkraft entgegenwirkt: die so genannte Dunkle Energie. Sie treibt das Universum auseinander und sorgt unter anderem dafür, dass in ferner Zukunft die Galaxien immer weiter voneinander fortgerissen werden.

Was wissen wir über diese Phänomene bereits? Und wie sollen wir die ersten Hinweise auf die mögliche Natur der Dunklen Materie interpretieren? Noch ist die Lage verworren und man fühlt sich an das Rätselduell in dem Roman "Der Kleine Hobbit" von J. R. R. Tolkien erinnert, in dem Smeagol Bilbo Beutlin fragt: …

September 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2013

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  • Quellen

Frenk, C., White, S. D. M.: Dark Matter and Cosmic Structures. In: Annalen der Physik 524, S. 507 - 534, 2012

Bertone, G., Hooper, D., Silk, J.: Particle Dark Matter: Evidence, Candidates and Constraints. In: Physics Reports 405, S. 279 - 390, 2005

Peebles, P. J. E.: Seeing Cosmology Grow. In: Annual Review of Astronomy and Astrophysics 50, S. 1 - 28, 2012

Amendola, L.: Cosmology and Fundamental Physics with the Euclid Satellite, 2012