Montag, 19. September 2011

Teilchenbeschleuniger am CERN möglicherweise sinnlos - Zwerggalaxien zeigen: Theorie um kalte, Dunkle Materie könnte grundlegend falsch sein

Archiv: Grafische 3D-Darstellung der Lokalen Gruppe von Zwerggalaxien um die Milchstraße und den Andromedanebel. | Copyright: Cwitte / cc-by-sa 3.0

Durham/ England - Bisherige Theorien benötigen die bislang lediglich postulierte "kalte, Dunkle Materie" (Cold Dark Matter, CDM), um die Masseverteilung im Universum zu erklären. Demnach würde das Universum lediglich zu 4 Prozent aus normaler Materie, zu rund 21 Prozent aus CDM und zu 75 Prozent aus "Dunkler Energie", einem ebenfalls noch unbestätigten und nicht weniger mysteriösen kosmologischen Konzept, bestehen. Eine neue Studie verschiedener Modelle von CDM angewandt auf Zwerggalaxien unmittelbar außerhalb der Milchstraße, stellt gemeinsam mit diesen Theorien auch den "Large Hadron Collider" Teilchenbeschleuniger (LHC) am Europäischen Kernforschungszentrum" CERN" in Frage.

Wie einer der führenden Kosmologen, Professor Carlos S. Frenk von der "Durham University", auf dem "British Science Festival" in Bradford berichtete, können sich die untersuchten Zwerggalaxien nicht so entwickelt haben, wie sie sich heute allerdings darstellen, wenn es kalte, Dunkle Materie (CDM) in Form der bisherigen Modelle tatsächlich geben würde. Als weitere Konsequenz würde dies auch bedeuten, dass der Teilchenbeschleuniger "Large Hadron Collider" (LHC) am Europäischen Kernforschungszentrum "CERN" diese auch nicht nachweisen könnte, obwohl dies eine der Hauptaufgaben der sogenannten "Gottesmaschine" ist.

Das wissenschaftliche "Standardmodell der Kosmologie" (Cosmological Standard Modell) sagt voraus, dass sich Elementarteilchen in Form von CDM entstehen, von welchen Wissenschaftler vermuten, dass sie schon wenige hundertstel Sekundenbruchteile nach dem Urknall entstanden ist. Bislang konnte die Existenz dieser Partikel jedoch noch nicht nachgewiesen werden, da sie im traditionellen Sinne nicht sichtbar sind und nur durch ihre Interaktion mit normaler Materie, wie sie in Teilchenbeschleunigern erreicht und detektiert werden soll, nachgewiesen werden können.

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Bislang vermuteten Astrophysiker und Kosmologen, dass Zwerggalaxien der sogenannten Lokalen Gruppe, die unsere Milchstraße wie eine Art Halo umgeben, hauptsächlich aus kalter, Dunkler Materie (CDM) bestehen und nur weniger Sterne beinhalten. Allerdings erschwert auch hier die schwache Leuchtkraft dieser Objekte deren Untersuchungen.

Mit einem eigens für die Aufgabe konzipierten Computer des "Virgo Consortiums" an der "Durham University" sind nun anhand neuster Daten visuelle Simulationen der Entstehung dieser Zwerggalaxien gelungen, die auf den bisherigen Theorien zur Dunklen Materie basieren.

Die Ergebnisse dieser Simulationen stimmen nun jedoch ganz und gar nicht mit überein, was in Wirklichkeit beobachtet werden kann, berichtete die BBC. Die Modelle zeigen, dass eigentlich sehr viel mehr kleinere Zwerggalaxien in bestimmten Regionen um die Milchstraße herum existieren sollten, in welchen es in Wirklichkeit jedoch nur wenige größere Zwerggalaxien gibt.

Für die Ergebnisse gibt es laut Frenk nur "zwei gleichermaßen verstörende Erklärungsmöglichkeiten":

Zum einen könnte es sein, dass ursprünglich tatsächlich so viele Zwerggalaxien wie in der Simulation angezeigt entstanden sind. Ein Großteil dieser Zwerggalaxien könnte jedoch durch gewaltige Supernovae (Sternenexplosionen) noch während ihrer Entstehung zerstört und dadurch auch die Struktur des Zwerggalaxien-Halos grundlegend verändert worden sein. "Sollte dies der Fall gewesen sein, so würde das bedeuten, dass die Entstehung von Galaxien ein deutlich aufregender Prozess wäre, als bislang angenommen", zitiert die BBC den Kosmologen. Allerdings erkläre diese Vorstellung nicht, wie nur 4 Prozent der normalen Materie, wie sie von Supernova-Explosionen "bewegt" wird, einen derart fundamentalen Einfluss auf die Struktur der mit 26 Prozent doch eigentlich dominierenden kalten, Dunklen Materie haben sollte.

Eine alternative Erklärung für die Unterschiede zwischen dem Ergebnis der Simulationen und der tatsächlichen Struktur der Zwerggalaxien, würde voraussetzen, dass die kalten, Dunkle Materie gar nicht erst existiert und somit auch weitere Vorhersagen des kosmologischen Standardmodells falsch wären.

Nach 35 Jahren seiner auf der Grundlage dieses Standardmodells basierenden Forschung, raube ihm letztere Erklärung für die Simulationsergebnisse zusehends den Schlaf, gesteht Frenk ein.

Im Ringen um eine Erklärung präsentiert Frenk jedoch auch eine mögliche aber nicht weniger spektakuläre Lösung des Problems: Statt "kalter" Dunkler Materie, wie sie unmittelbar nach dem Urknall entstanden sein soll, könnte das Universum mit "warmer", also leichteren und energetischeren, Dunklen Materie" (Warm Dark Matter, WDM) angefüllt ist. Diese hätte sich jedoch erst wenige Minuten nach dem Urknall und damit deutlich später als ihr kaltes Gegenstück gebildet.

Tatsächlich zeigen die nun mit WDM-Daten gefütterten Simulationen der Entstehung der Zwerggalaxien nahezu die gleiche Struktur, wie wir sie heute auch in Wirklichkeit beobachten können.

Blick auf die Magneten des LHC-Teilchenbeschleunigers am CERN. | Copyright: cern.ch

Die WDM-Lösung ist laut Frenck "erstaunlich elegant und bedeutet zugleich, dass auch das bisherige Standardmodell nicht vollständig falsch wäre", da die Dunkle Materie selbst weiterhin existieren würde. Sollte die bislang "kalt" vermutete Dunkle Materie in Wirklichkeit nun allerdings "warm" sein, ergäben sich allerdings gewaltige Probleme für alle bisherigen und aktuellen Projekte und Versuche eines Nachweises, etwa mit Hilfe des mehr als zwei Milliarden Euro teuren "Large Hadron Colliders" am CERN - soll dieser doch genau jene Umstände simulieren, wie sie nur wenige Sekundenbruchteile unmittelbar nach dem Urknall vorgeherrscht haben. Sollte die Theorie um die warme, Dunkle Energie (WDM) stimmen, würde der LHC nicht den geringsten Hinweis darauf finden.

Stattdessen könnten Elementarpartikel, wie sie von WDM erzeugt worden wären, etwa sogenannte sterile Neutrinos, durch die von ihnen abgegebenen Röntgenstrahlung entdeckt werden. Auch für deren Nachweis wäre jedoch der Bau bislang nicht erreichter Röntgendetektoren notwendig.

Alternativ könnte aber auch das für 2018 anvisierte Hubble-Nachfolge-Teleskop "James Webb Space Telescope" die Existenz kalter, Dunkler Materie wider- und die von warmer, Dunkle Materie belegen – schließlich soll dieses Weltraumteleskop in der Lage sein, bis ins früheste Alter des Universums zurückblicken zu können. Hier würde das Teleskop in Falle der WDM schlicht und einfach "nichts" sehen, da sich weder WDM noch die aus ihr entstandenen Galaxien gebildet hätten.

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / bbc.co.uk / dur.ac.uk
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