2017
November
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Die Natur der Dunklen Materie: komplizierter als vermutet

Galaxienhaufen gehören zu den größten Strukturen des Universums. Außer Tausenden von Galaxien und interstellarem Gas enthalten sie auch Dunkle Materie, die etwa 27 Prozent der Gesamtmasse des Kosmos ausmacht. Jedenfalls vermutet man das unter anderem aufgrund der Art und Weise, wie Galaxien rotieren. Aus aktuellen kosmologischen Modellen (insbesondere dem Standard-ΛCDM-Modell) ergibt sich, dass es im Zentrum des Galaxienhaufens einen sehr dichten Kern geben müsste, eine überschwere Galaxie, die sich fest im Zentrum befindet, ohne sich zu bewegen.

Das scheint in der Realität jedoch nicht der Fall zu sein, wie ein Forscherteam herausgefunden hat. Zumindest bei den zehn Galaxienhaufen, die David Harvey vom Laboratory of Astrophysics der EPFL und seine Kollegen in Frankreich und Großbritannien untersucht haben, ist die Dichte des Zentrums deutlich niedriger als erwartet – und die Galaxie dort bewegt sich. Tatsächlich zeigen Simulationen mit zum Standardmodell alternativen Theorien, dass nach der Bildung eines Galaxienhaufens die Zentralgalaxie noch länger „wackeln“, also sich hin- und herbewegen kann wie ein Pudding. Im Standardmodell hingegen kommt diese Bewegung nicht vor, weil die enorme Dichte der Dunklen Materie im Zentrum des Haufens die Zentralgalaxie fest in der Hand hält.

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Wie man bewohnbare Planeten besser von unbewohnbaren unterscheidet

Es ist noch gar nicht so lange her, da galt es als utopische Vorstellung, Planeten zu identifizieren, die um Sterne jenseits der Sonne kreisen. Inzwischen finden die Astronomen jedes Jahre Hunderte neuer Planeten. Gleichzeitig sammeln Sie mit unglaublicher Akribie Informationen über die fremden Welten, analysieren uhre Oberflächen-Temperaturen, versuchen, die Zusammensetzung der Oberfläche zu bestimmen – über den Saturnmond Titan wusste man vor 50 Jahren noch weniger, als man heute über manch Exoplaneten weiß.

Am meisten interessiert die Forscher dabei natürlich immer, wie es um die Bewohnbarkeit einer Welt bestellt ist. Dabei scheut man sich nicht, die rein menschliche Perspektive einzunehmen (eine andere haben wir ja auch nicht) und nach Leben zu suchen, wie wir es schon kennen. Immerhin hat das den Vorteil, dass wir die dafür nötigen Voraussetzungen bereits recht gut erforscht haben.

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Aktuelle Reisewarnung: Giftwolke und schwere Unwetter auf Titan

Die letzte Stunde der Cassini-Sonde, die für lange Zeit Saturn und seine Monde untersucht hat, hat längst geschlagen. Doch die Auswertung ihrer Daten bringt noch immer spannende Ergebnisse – und das wird sich wohl auch in den nächsten Jahren noch fortsetzen.

Ganz frisch berichten Forscher zum Beispiel von einer Giftwolke, die sie in der Nähe des Südpols des größten Saturn-Mondes Titan in 160 bis 210 Kilometern Höhe gefunden haben, weit über den Methan-Wolken, für die der Mond berühmt geworden ist. Die Wolke besteht aus Eis, allerdings nicht aus Wasser-Eis, sondern aus einer ziemlich exotischen Mischung: Kristalle aus Blausäure (Cyanwasserstoff) und aus Benzen (auch Benzol genannt). Was die Forscher besonders spannend finden: Die Stoffe sind nicht etwa zufällig in derselben Höhe gefroren und haben sich dann übereinander abgelagert – nein, die Eiskristalle bestehen aus den beiden Grundsubstanzen. Das ist ein weiteres Zeichen dafür, wie exotisch die Chemie auf dem fernen Mond abläuft.

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Noch bis 1. November: Schicken Sie Ihren Namen zum Mars!

Eine hübsche Aktion läuft noch bis 1. November auf der NASA-Website: Schicken Sie Ihren Namen mit der MarsInsight-Sonde der NASA zum Roten Planeten! Wenn Sie sich (kostenlos) eintragen, erhalten Sie zum einen den auf Ihren Namen ausgestellten „Boarding-Pass“, zum anderen wird Ihr Name auf einem kleinen, münzgroßen Speicherchip abgelegt, der auf dem Deck des Landers befestigt und mit diesem im kommenden Jahr auf der Mars-Oberfläche abgesetzt wird.

Der Start der Sonde ist für Mai 2018 geplant, im November soll sie unseren Nachbarplaneten erreichen. Derzeit haben sich über 1,7 Millionen Menschen auf diese Weise die Mitreise gesichert!
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Warum wir in einem dreidimensionalen Universum leben

Wenn wir über den Urknall als den Anbeginn der Welt sprechen, werden manche Eigenschaften unseres Universums als gegeben angenommen, die eigentlich ziemlich verwunderlich sind. Warum etwa hat der Kosmos genau drei sichtbare Raumdimensionen und nicht sieben, elf oder 21, wie es manche Stringtheorien zur kompletten mathematischen Beschreibung der Realität voraussetzen?

Dazu haben fünf Physiker eine Idee, die sie in einem Paper zusammengefasst haben. Dazu betrachteten sie die Grundlagen des Standardmodells, das die Entstehung des Universums erklärt, mit den mathematischen Werkzeugen der Knotentheorie. Kurz nach dem Urknall muss das Universum, so viel weiß man, von einem überaus dichten Quark-Gluonen-Plasma erfüllt gewesen sein. Einzelne Quarks (die Grundbausteinen der Elementarteilchen) wurden von den Gluonen (die die Kräfte zwischen ihnen vermitteln) mit passenden Gegenstücken verbunden, und zwar über flexible Energiestränge, die flux tubes. Wenn zwei so verbundene Teilchen sich voneinander entfernen, dehnt sich die Röhre, bis sie reißt. Dabei wird so viel Energie frei, dass ein zweites Quark-Antiquark-Paar entsteht, welches sich mit den Original-Teilchen verbindet.

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Ligo-Gravitationswellendetektor beobachtet Verschmelzung zweier Neutronensterne

Die Spatzen pfiffen es schon länger von den Dächern – nun haben es die beteiligten Institutionen weltweit in einer eigens einberufenen Pressekonferenz bestätigt: Dem Ligo-Gravitationswellendetektor ist es erstmals gelungen, bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne entstandene Gravitationswellen nachzuweisen. Bisher war der Nachweis nur für Kollisionen Schwarzer Löcher gelungen.

Neutronensterne sind sehr kompakte Objekte, deren Kern aus dicht gepackten, neutralen Elementarteilchen (Neutronen) besteht. Sie sind deutlich leichter als viele Schwarze Löcher; die Gravitationswellen, die bei ihrer Kollision entstehen, sind deshalb weit weniger stark. Den Forschern kam zugute, dass das große Ereignis in der relativ nahe gelegenen Galaxie NGC 4993 stattfand, die nur 130 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. So konnten die Astronomen den Vorgang auch in anderen Wellenlängen beobachten, u.a. optisch und im Radio-, Röntgen- und Gamma-Bereich (als Gammablitz GRB 170817A).

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Auch Zwergplanet Haumea besitzt einen Ring

Der Zwergplanet Haumea ist ein ungewöhnliches Objekt, das ist selbst aus großer Entfernung klar. Zunächst einmal kreist er nicht in der Ebene um die Sonne, in der die „echten“ Planeten sich bewegen, sondern mit 28 Grad Neigung dazu. Mit einer Entfernung zwischen 25 und 51 Astronomischen Einheiten (Distanz Erde – Sonne) orbitiert er sehr weit draußen, noch hinter Neptun – deshalb wird er auch zu den Trans-Neptunischen Objekten (TNOs) gezählt, wie etwa auch Pluto.

Als Zwergplanet gilt Haumea nicht unbedingt, weil er kleiner als Pluto ist. Vielmehr hat er seine eigene Bahnebene nicht von anderen Objekten gesäubert. Bedingung für einen Zwergplaneten ist eine sphärische Form, was bei Gesteinsobjekten ab etwa 850 Kilometern Durchmesser gegeben ist, bei Eisbrocken ab 200 – 400 Kilometern (je nach Eis-Anteil). Haumea ist hier etwas speziell, weil er wie ein Ei aussieht (siehe Bild) – und das bei 2300 Kilometern Länge der längsten Achse, wie jetzt neue Messungen ergeben haben.

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Familienfoto: Jupiter, Io und Europa auf einem Bild

Die Juno-Sonde der NASA hat jetzt Jupiter und seine beiden Galileischen Monde Io und Europa auf ein Familienbild gebannt. Während Europa (links unten im Bild) ähnlich wie der Saturnmond Enceladus zu den Eismonden mit einem Ozean unter dem Eis gehört, ist Io ein Vulkanmond. Das liegt vor allem an seiner großen Nähe zu dem Gasriesen, der ihn mit seiner Schwerkraft kräftig durchmassiert. Auf dem Bild ist Io 481.000 Kilometer von Jupiter entfernt; ein Pixel ist 324 Kilometer groß.

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Ein primitiver Besucher aus weiter Ferne

C/2017 K2 ist ein kosmischer Einzelgänger. Der Komet, der sich gerade aus der das Sonnensystem umgebenden Oortschen Wolke heraus auf Jungfernflug in die Nähe der Sonne begibt, erreicht uns in einer Ebene (siehe Bild), die fast senkrecht zur Ekliptik liegt, der Ebene, in der sich die Planeten um die Sonne bewegen. Das ist auf dem Bild unten gut erkennbar. Das Objekt mit der „schrägen“ Bahn ist übrigens Pluto, der auch deshalb nicht so richtig in die Gruppe der Planeten passte, aber das nur nebenbei.

Der Komet ist aber nicht nur wegen seiner Bahn interessant: Die Forscher fragen sich, warum er so weit von der Sonne entfernt bereits Aktivität zeigt, also eine Gashülle ausgebildet hat. Nur dadurch konnte der Besucher überhaupt vom Weltraumteleskop Hubble gefunden werden. In einer Publikation gehen Forscher jetzt dieser Frage nach. Bei der aktuellen Entfernung des Kometen von etwa 1,5 Milliarden Kilometern rechnen sie mit Temperaturen von 60 bis 70 Kelvin (60 bis 70 Grad über dem absoluten Nullpunkt).

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Kein gutes Zeichen: Lebenszeichen im All entdeckt

Methylchlorid, eine Verbindung aus Methan und Chlor, entsteht bei vielen Prozessen biologischen Lebens. Immergrüne Bäume emittieren sie, Kartoffeln, Pilze und auch der Mensch durch seine industrieellen Anlagen. Astrobiologen hatten deshalb lange die Hoffnung, durch die Suche nach Spuren dieser Verbindung etwa in den Atmosphären von Exoplaneten Hinweise auf außerirdisches Leben zu erhalten.

Das scheint allerdings schwieriger als gedacht zu werden, denn dieses Zeichen des Lebens kommt offenbar auch in den unwirtlichen Weiten des Alls vor. Das ALMA-Radioteleskop in der chilenischen Atacama-Wüste hat den Fingerabdruck des Moleküls in dem rund 400 Lichtjahre von der Erde entfernten Sternsystem IRAS 16293-2422 identifiziert. Dabei handelt es sich um eine Gruppe neugeborener Sterne mit etwa der Masse der Sonne, die noch immer von der Molekularwolke umgeben ist, in der sie geboren wurde.

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Was riesige Schwarze Löcher mit dem Urknall zu tun haben

Schwarze Löcher gibt es in allen möglichen Größen. Es gibt sie – vermutlich – in ganz klein, quasi in „S“ oder „M“, hier steht der Nachweis noch aus. Es gibt Schwarze Löcher mit der Masse einiger Sterne, die als Überbleibsel von Supernovae entstehen. Dieses „L“ ist wohl die Standardgröße. Dann gibt es die XL-Variante, die sich im Zentrum der meisten Galaxien findet. Und schließlich existiert auch noch die XXL-Version, die Astronomen in 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung gefunden haben – die also kurz nach dem Urknall (in astronomischen Zeiträumen gesehen) geboren worden sein muss.

Bei letzterer ist jedoch bisher nicht klar, welcher Prozess sie ins Leben gerufen haben könnte. Handelt es sich um Nachkommen der allersten Sterne? Oder hat sich an diesen Stellen die dichte Ur-Wolke direkt zu einem Schwarzen Loch verwirbelt und zusammengeballt? Beide Vorstellungen haben ihre jeweils eigenen Probleme. In Science stellen die japanischen Forscher Shingo Hirano und Naoki Yoshida jetzt einen Geburtshelfer vor, der zumindest in zeitlicher Nähe aktiv war: den Urknall selbst.

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