Astrophysik

27. Feb 2022

Wie wiegt man ein Teilchen, von dem man nicht weiß, ob es existiert?

85 Prozent des Massegehalts des Universums macht die sogenannte Dunkle Materie aus. "Dunkel" nennen sie die Forscher, weil man nichts von ihr bemerkt – außer ihrer Gravitation. Die allerdings kann man ziemlich gut nachweisen. Ohne Dunkle Materie würden sich Galaxien anders bewegen, als sie es nachweislich tun, und das Universum hätte eine andere Struktur. Die Physiker brauchen die Dumkle materie also, um den Kosmos zu erklären. Zu dumm, dass sie immer noch nicht wissen, woraus sie denn besteht. Kandidaten für sie gibt es durchaus: MACHOs (massive kompakte Haloobjekte) etwa, WIMPs (schwach wechselwirkende massive Teilchen) und sogar unsichtbare schwarze Löcher aus…

Wie warm war das Universum 880 Millionen Jahre nach dem Urknall?

Astrophysik

3. Feb 2022

Wie warm war das Universum 880 Millionen Jahre nach dem Urknall?

Vor 13,8 Milliarden Jahren war das All heißer als heiß. Dann hat es sich ausgedehnt und dabei abgekühlt – auf 2,725 Kelvin heute, die Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung. Vom Moment der Freisetzung der kosmischen Hintergrundstrahlung bis heute hat sich das Universum um einen Faktor von rund 1100 ausgedehnt. Die kosmische Hintergrundstrahlung, die ursprünglich eine Temperatur von etwa 3000 Kelvin hatte und deren Wärmestrahlung damit damals so ähnlich aussah wie das Licht einer Halogenlampe, kühlte um denselben Faktor ab. Natürlich war das gesamte Universum nie überall gleich warm. Das ermöglicht es Forschern heute, so unglaublich es klingt, dem Universum in seiner…

Astrophysik

27. Jan 2022

Gibt es eine höchste Temperatur?

Kälter als -273,15 Grad Celsius (0 Kelvin) kann es nicht werden. Das begründet die Physik damit, dass Temperatur ein Maß für die kinetische Energie von Teilchen ist, also etwas darüber sagt, wie schnell sie sich bewegen. Wenn sämtliche Bewegung aufhört, haben wir das Minimum der Temperaturskala erreicht, das per Definition bei 0 liegt. Aber gibt es auch eine höchste Temperatur? Man könnte das annehmen, weil es ja nicht nur eine minimale Geschwindigkeit (0), sondern auch eine maximale Geschwindigkeit (die Lichtgeschwindigkeit c) gibt. So einfach ist es dann aber doch nicht, weil die Energie massebehafteter Teilchen, die sich c annähern,…

X(3872): Ein geheimnisvolles Teilchen aus der Frühzeit des Universums

Astrophysik

26. Jan 2022

X(3872): Ein geheimnisvolles Teilchen aus der Frühzeit des Universums

Ganz am Anfang des Universums war es noch sehr, sehr heiß. Die Materie bestand damals nicht aus den Teilchen, die wir heute kennen, etwa Protonen oder Neutronen. Wenn es diesen (allgemein Hadronen genannten) Teilchen nämlich zu heiß wird, fangen sie gewissermaßen an zu kochen und zersetzen sich in ihre Bestandteile, wie Wasser zu Dampf wird. Dazu muss es mind 1,7 Billionen Kelvin heiß sein, die sog. Hagedorn-Temperatur. Die Teilchen, die dann in der Suppe, dem Plasma, schwimmen, sind einerseits Quarks, andererseits Gluonen. Die Gluonen sind normalerweise der Klebstoff, der die Quarks in den Hadronen zusammenhält. Im Quark-Gluonen-Plasma jedoch sind…

Wie ein falsches Vakuum zur Zerstörung des Universums führen könnte

Astrophysik

21. Jan 2022

Wie ein falsches Vakuum zur Zerstörung des Universums führen könnte

Als 2012 Physiker des CERN mit Hilfe des Large Hadron Colliders das Higgs-Boson entdeckten, bestätigten sie damit nicht nur den letzten wichtigen Baustein des Standardmodells der Elementarteilchenphysik, der erklärt, wie Teilchen ihre Masse erhalten (durch das Higgs-Feld, durch das sie sich bewegen wie durch eine zähflüssige Masse). Sie maßen dabei auch das Gewicht des Higgs-Teilchens, das bei 125GeV liegt (Giga-Elektronenvolt). Und das ist nicht nur eine Zahl: Es bedeutet, dass sich unser Universum sehr wahrscheinlich in einem metastabilen Zustand befindet, einem Zustand also, der nur auf den ersten Blick stabil ist, sich aber sehr schnell ändern kann. Die Physiker…

Wie viele Schwarze Löcher gibt es im Universum?

Astrophysik

19. Jan 2022

Wie viele Schwarze Löcher gibt es im Universum?

Eine Menge. Wenn ein Stern schwer genug ist (also nach seiner Supernova noch mindestens 2,5 Sonnenmassen schwer ist), dann kollabiert er weiter, bis sich ein Schwarzes Loch herausbildet. Solche Schwarzen Löcher stellarer Größe bilden sich schon seit geraumer Zeit, und es werden immer mehr. Wie viele sind es schon? Mit dieser faszinierenden Frage hat sich der Doktorand Alex Sicilia unter der Leitung von Prof. Andrea Lapi und Dr. Lumen Boco von der italienischen Hochschule Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati beschäftigt. In einer ersten Veröffentlichung, die soeben im Astrophysical Journal erschienen ist, haben die Autoren die Demografie stellarer schwarzer…

Wie sieht ein Schwarzes Loch von innen aus?

Astrophysik

11. Jan 2022

Wie sieht ein Schwarzes Loch von innen aus?

Ein Schwarzes Loch ist ein erstaunliches Phänomen. Es ist unsichtbar, weil es nicht einmal Licht entkommen lässt. Trotzdem lässt es sich abbilden. Es konzentriert Masse in einem sehr kleinen Teil des Raums – so klein, dass die herkömmlichen Gesetze der Physik ihre Bedeutung verlieren. Trotzdem kommen die Physiker seinen Geheimnissen immer näher. Eines davon besteht darin, wie ein Schwarzes Loch innen aussieht. Schwarz, das ist klar, ist es dort nicht. Ganz im Gegenteil. Im Inneren konzentrieren sich ja all die Masse und Energie, die dem Ereignishorizont nicht mehr entfliehen können. Könnte man in einem Schwarzen Loch sehen, müsste man…

Warum wir nicht mit den Bäuchen am Boden kleben – oder warum unsere Erde keine Supererde ist

Astrophysik

9. Jan 2022

Warum wir nicht mit den Bäuchen am Boden kleben – oder warum unsere Erde keine Supererde ist

Bei der Suche nach Exoplaneten fällt den Astronomen immer wieder auf, dass unser Sonnensystem doch deutlich aus der Art geschlagen zu sein scheint. Es gibt hoer weder "heiße Jupiter" (Gasriesen in der Nähe des Zentralsterns) noch Supererden (Gesteinswelten mit mehr als dreifacher Erdmasse). Zunächst dachte man noch, das könnte an der Art und Weise der Suche liegen. Die verwendeten Techniken funktionieren eben besonders gut bei Himmelskörpern, die sehr groß sind und in der Nähe ihres Sterns orbitieren. Inzwischen ist die Liste der Exoplaneten aber deutlich vierstellig, und Supererden sind noch immer in der Überzahl. Welcher Tatsache also haben wir…