Neues aus der Astronomie und der Hamburger Sternwarte

Auf Dunkle-Materie-Jagd mit Lasern und Atomuhren
 

Die Dunkle Materie, die die Bewegungen im Universum durch ihre Gravitationswirkung beein-flusst, ist noch immer ein großes Mysterium. 

Um was es sich dabei nämlich handelt, weiß man bis heute nicht. Ein internationales Forschungsteam hat nun einen neuen Ansatz entwickelt, um den Geheimnissen der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen.

Die Forschenen nutzen eine Technik, die es ihnen er-möglicht, Signale von Modellen Dunkler Materie auf-zuspüren. 

Das Team analysierte die Daten eines europäischen Netzes ultrastabiler Laser, die über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind, sowie die Daten der Atomuhren an Bord von GPS-Satelliten. Durch den Vergleich von Präzisionsmessungen über große Entfernungen hinweg wurde die Untersuchung sensitiv gegenüber subtilen Effekten oszillierender Dunkle-Materie-Felder, die sich in herkömmlichen Versuchsanordnungen aufheben würden.

Diese Methode, so die beteiligten Wissenschaftlern, würde es erlauben, ein breiteres Spektrum an Szenarien für Dunkle Materie zu untersuchen, was die Forschung zur Dunklen Materie deutlich voran-bringen könnte. Dunkle Materie ist, neben der noch ominöseren Dunklen Energie, einer der Haupt-bestandteile des Universums. Ihre Effekte konnten schon wiederholt nachgewiesen werden, um was es sich bei Dunklen Materie aber handelt, ist bis heute nicht bekannt.

 

(Foto: Das Foto zeigt das Hubble Ultra Deep Field 2012, eine verbesserte Version der Hubble Ultra Deep Field-Aufnahme,die durch zusätzliche Beobachtungs-zeit entstanden ist.)

Ein Stern steht allen Anzeichen nach kurz vor einer spektakulären Explosion.

Weltweit beobachten Astronomen derzeit mit gespannter Aufmerksamkeit das Sternenbild Corona Borealis  –  die sogenannte nördliche Krone. Denn einer ihrer Sterne steht allen Anzeichen nach kurz vor einer spektakulären Explosion. 


Bei T CrB, ein eigentlich unscheinbarer Stern, handelt es sich genau genommen um einen Doppel-stern, also um zwei Sterne, die durch ihre Schwer-kraft aneinander gebunden sind. Einer dieser Sterne ist ein kleiner weißer Zwerg, während sein Begleiter ein riesiger roter Stern ist. Der rote Riese sondert Gas ab, das sich auf der Oberfläche des Weißen Zwergs ablagert. Dort verdichtet und erhitzt es sich – so lange, bis in der heißen äußeren Schicht des weißen Zwergs eine Kernfusion ausgelöst wird. Diese wird als plötzlicher Lichtausbruch für uns sichtbar. Astronomen nennen dieses Phänomen seit alters her Nova, also neuer Stern. Heute wissen wir aber, dass es nur so aussieht, als sei ein gänzlich neuer Stern entstanden.

 

Wird die Kernfusion auf T CrB für uns auf der Erde gefährlich?
Nein. Bei der Explosion entstehen zwar Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen. Mit der Enfernung von 2.600 Lichtjahren, kann uns die gefährliche Strahlung von T CrB nicht erreichen.

 

Was ist interessant an der bevor-stehenden Nova?
Eine Forschungsgruppe der Universität Hamburg untersucht speziell die Ent-wicklung von Doppel-sternsystemen. In dem Exzellenzcluster dreht sich ja alles um grundlegende Fragestellungen rund um den Ursprung, die Geschichte und die Zusammen-setzung des Universums.

Wir beobachten Systeme wie T CrB, um Parameter wie ihre Massen oder Massenzunahme zu messen und mehr über das Auftreten und die Eigenschaften von Doppelsternsystemen und die Explosionen von weißen Zwergen in unserer Milchstraße zu erfahren. Wir vermuten, dass bei Novaexplosionen extrem energiereiche Teilchen wie Gammastrahlen-photonen oder Neutrinos entstehen. Ihre Eigen-schaften und ihre bisher nur theoretisch ange-nommenen, aber nicht messbaren Wechsel-wirkungen mit Teilchen der dunklen Materie sind für die Astrophysik ebenso interessant wie für die Teilchen-physik.

 

Woher steht diese Nova kurz bevorsteht? 
Die Nova von T CrB ist ein wiederkehrendes Phänomen. Es wurde bereits 1866 und 1946 beobachtet. Rein rech-nerisch ist es also wieder so weit. Forschende haben bereits charak-teristische Anzeichen wie die Verdun-kelung des Sterns kurz vor der Eruption beobachtet – wobei niemand exakt vor-hersagen kann, wann es soweit sein wird. Genau genommen ist es natürlich auch nicht ganz richtig, dass die Explosion unmittelbar bevorsteht. Da sich T CrB 2600 Lichtjahre von uns ent-fernt befindet, ist diese Explosion  längst geschehen – wie vermutlich 30 weitere, deren Licht noch auf dem Weg zur Erde ist.

Wenn es so weit ist, wird die Nova für ein bis zwei Monate mit bloßem Auge gut sichtbar sein. T CrB wird dann etwa so hell wie der Polarstern erscheinen.


Wir empfangen nicht nur schwaches Licht von Sternen – unsere Körper sind aus Sternenstaub gemacht! Schwerere Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff haben sich aus Wasserstoff und Helium in den Kernen von Sternen gebildet. Dies ist eine unserer menschlichen Verbindungen zu explo-dierenden Novae, zusammen mit vielen astro-nomischen Rätseln, die uns dazu bringen, diese Sterne zu studieren.

 

 

Der 'Dino-Killer' Asteroid, 
stammte aus dem äußeren Sonnensystem. 
Wann geriet er auf Kollisionskurs zur Erde?

Inzwischen glaubt man heute, dass der Asteroid, dessen Einschlag vor 66 Mill. Jahren das Ende der Dinosaurier besiegelte, in einem Bereich jenseits der Jupiterbahn entstanden ist und zu den sogenannten kohligen Chondriten gehör-te, einer sehr primitiven Asteroidenart, die sich unmittelbar während der Entstehung des Sonnensystems gebildet hat. Auch wenn diese Brocken im äußeren Sonnensystem ent-standen sind, wander-ten sie bald durch gravitative Wechselwirkungen mit den Planeten weiter Rich-tung Sonne und finden sich heute hauptsächlich im äußeren Bereich des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter.

In der Frühphase des Sonnensystems gab es zahl-reiche Einschläge dieses Asteroidentyps auf der Erde und man nimmt an, dass sie die junge Erde mit Wasser und auch mit organischen Molekülen ver-sorgt haben. Simulationen haben gezeigt, dass inzwischen nur noch alle vielleicht 250 Millionen Jahre ein solcher Asteroid durch gravitative Wechselwirkungen von seiner Bahn im Asteroidengürtel ins innere Sonnensystem abge-lenkt wird.

 

Der "Dinosaurier-Killer" dürfte damit zu-nächst von seinem Geburtsort ins den Asteroidengürtel ge-wandert sein dort dann irgendwann abgelenkt worden sein. Wann er dann aber auf eine Umlaufbahn um die Sonne geriet, auf der er die Erdbahn kreuzte und wie lange er auf dieser Umlaufbahn unterwegs war, bevor es schließlich zur Kollision kam, ist kaum zu ermitteln, da präzise Bahndaten über das Objekt fehlen.

Planetenentstehung:
Wie Staubkörner durch Kollisionen wachsen
 

Planeten entstehen, indem Staub und Gestein in einer Scheibe um einen jungen Stern kollidieren und sich zu immer grö-ßeren Körpern verbinden. Diese soge-nannte Akkretion ist bislang nicht voll-ständig verstanden. Durch Experimente in Schwerelosigkeit konnten nun wesent-liche Beobachtungen zu Kollisions-geschwindigkeit und elektrischer Ladung der Partikel gemacht werden.

 

Bis aus einem mikrometerfeinen Staub-korn ein Planet mit einem Ausmaß von 10.000 Kilometern wird, vergehen Millionen von Jahren. Alles beginnt in einer scheibenförmigen Wolke aus Gas (99 Prozent) und Staub (ein Prozent), der protoplanetaren Scheibe: Hier stoßen die Staubpartikel zusammen und bilden Agglomerate. Wolken dieser Agglomerate kollabieren schließlich zu größeren Kör-pern, die Planetesimale genannt werden und bereits einen Durchmesser von ein bis hundert Kilometer haben können. Durch Gravitation ziehen die Planete-simale weitere Materie an, wachsen zu Protoplaneten und später zu vollwertigen Planeten heran.

 

Bei den Vorgängen in der Scheibe setzen die Partikel eine Kollisionsbarriere außer Kraft. Eigentlich ist es nämlich so, dass Staubkörner ab etwa einem Millimeter Größe gar nicht wachsen können, weil sie voneinander abprallen oder sie beim Zu-sammenstoß zerbrechen. Dadurch aber, dass sie immer wieder kollidieren, laden sie sich unterschiedlich auf und ziehen sich dann gegenseitig an.

 

Die Haftung durch elektrostatische Aufladung hatte ein Team schon in vor-herigen Fallturmexperimenten beobach-tet. Weil dabei nur knappe neun Sekun-den Messzeit in Schwerelosigkeit möglich sind, konnten sie die finale Größe und die Stabilität der wachsenden Körper nicht untersuchen. Ganz anders in den Experi-menten der aktuellen Studie: 

Sie fanden auf einer Forschungsrakete der Europäischen Weltraumorganisation ESA statt. Während die Rakete auf 270 Kilometer Höhe aufstieg, bot die Rakete sechs Minuten Schwerelosigkeit, die Ex-perimente vom Boden aus zu steuern und zu verfolgen.

Astronomietag 2025
in der Hamburger Sternwarte und
Partielle Sonnenfinsternis

 

 

 

Samstag, 29. März 2025, 11-13, 19-22 Uhr


Motto: "Das Weltall mit eigenen Augen sehen"


Partielle Sonnenfinsternis
(20%, Maximum 12:15 Uhr MEZ)


Am Abend Beobachtung von Jupiter und Mars.

 

19:30 Uhr, Vortrag:

' 200 Jahre Hamburger Sternwarte'


20:30 Uhr, Vortrag:

'Ole Römer, Albert Einstein und die Lichtgeschwindigkeit'

 

Führungen um 19:00 und 20:00 Uhr.

 

Das "Cafe Stellar" ist geöffnet!

 

Foto: Beobachtung eines Planetentransit 

an der Hamburger Sternwarte. Marc Wiekhorst.

20 Jahre Forschungsbereich 'Dunkle Materie' in Hamburg

In den letzten 20 Jahren wurde eindeutig fest-gestellt, dass der Großteil der im Universum vorhandenen Materie nicht aus den uns bekannten Atomen und Teilchen bestehen kann. 

Bislang ist die Identität dieser neuen Materieform - der sogenannten Dunklen Materie (DM) - jedoch unklar. Das bevorzugte Szenario ist die Existenz eines neuen Teilchens, das nur sehr schwach mit allen anderen bekannten Teilchen interagiert und daher schwer zu erkennen ist. Es wurden ver-schiedene Kandidaten-teilchen vorgeschlagen, wie ALPs (axionartige Teil-chen), WIMPs (schwach wechselwirkende massive Teilchen) und WISPs (schwach wechselwirkende schlanke Teilchen), die alle auch durch andere un-abhängige Überlegungen motiviert sind. Die Entschlüsselung der Natur der DM ist von grundlegender Bedeutung und wird weltweit mit höchster Priorität verfolgt.

 

Der Cluster ist eines der führenden internationalen Zentren für DM-Forschung und führt experimentelle, beobachtende und theoretische Studien durch. 

Er deckt Suchvorgänge in nahezu dem gesamten Massenbereich ab, von ultraleichter Dunkler Materie unter eV bis hin zu sehr schweren Teilchenmassen weit über der TeV-Skala. Die Forschung wird in spe-ziellen Laboren in Hamburg, aber auch in astro-physikalischen Observatorien und in Teilchen-beschleunigern auf der ganzen Welt durchgeführt.

 

 

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