Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Dunkle Materie - die verborgene Seite unseres Universums

Transkript

1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Dunkle Materie - die verborgene Seite unseres Universums Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de

2 KOMPAKT Mit ausgewählten Inhalten aus DUNKLE MATERIE Die verborgene Seite unseres Universums DESY / MILDE SCIENCE COMMUNICATION / EXOZET > > Woraus besteht Dunkle Materie? > > Wie kommen Forscher ihr auf die Spur? > > Ein fast perfektes Modell vom Universum

3 EDITORIAL IMPRESSUM Antje Findeklee E->Mail: Folgen Sie uns: Erscheinungsdatum: Liebe Leserin, lieber Leser, seit Jahren rätseln Forscher, was sich hinter der im kosmologischen Standardmodell postulierten Dunklen Materie verbirgt. Mit raffinierten Beobachtungstechniken sammeln sie Hinweise auf die Beschaffenheit dieser mysteriösen Substanz, die mehr Masse im Universum auf sich vereinen soll als ihr sichtbares Gegenstück. Und doch bleiben noch viele Fragen offen, weshalb auch exotischere Erklärungsansätze immer wieder diskutiert werden. Ist womöglich die Sonne eine Quelle für die noch unbekannten Teilchen? Und ist Dunkle Materie gar für das Ende der Dinosaurier verantwortlich? Eine spannende Entdeckungsreise in den dunklen Kosmos wünscht Ihnen P.S.: Ich würde mich freuen, wenn Sie an einer kleinen Umfrage zu unseren Kompakt und Ratgebern teilnehmen damit wir diese Serie in Ihrem Interesse weiter entwickeln und verbessern können! Chefredakteure: Prof. Dr. Carsten Könneker (v.i.s.d.p.), Dr. Uwe Reichert Redaktionsleiter: Christiane Gelitz, Dr. Hartwig Hanser, Dr. Daniel Lingenhöhl Art Director Digital: Marc Grove Layout: Oliver Gabriel Schlussredaktion: Christina Meyberg (Ltg.), Sigrid Spies, Katharina Werle Bildredaktion: Alice Krüßmann (Ltg.), Anke Lingg, Gabriela Rabe Paid-Content-Managerin: Antje Findeklee Verlag: Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh, Slevogtstraße 3 5, Heidelberg, Tel , Fax ; Amtsgericht Mannheim, HRB , UStd-Id-Nr. DE Geschäftsleitung: Markus Bossle, Thomas Bleck Marketing und Vertrieb: Annette Baumbusch (Ltg.) Leser- und Bestellservice: Helga Emmerich, Sabine Häusser, Ute Park, Tel , service@spektrum.de Die Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh ist Kooperationspartner der Nationales Institut für Wissenschaftskommunikation ggmbh (NaWik). Das NaWik ist ein Institut der Klaus Tschira Stiftung ggmbh und des Karlsruher Instituts für Technologie. Wissenschaftlicher Direktor des NaWik ist Spektrum-Chefredakteur Prof. Dr. Carsten Könneker. Bezugspreis: Einzelausgabe 4,99 inkl. Umsatzsteuer. Anzeigen: Wenn Sie an Anzeigen in unseren Digitalpublikationen interessiert sind, schreiben Sie bitte eine an anzeigen@spektrum.de Sämtliche Nutzungsrechte an dem vorliegenden Werk liegen bei der Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh. Jegliche Nutzung des Werks, insbesondere die Vervielfältigung, Verbreitung, öffentliche Wiedergabe oder öffentliche Zugänglichmachung, ist ohne die vorherige schriftliche Einwilligung des Verlags unzulässig. Jegliche unautorisierte Nutzung des Werks berechtigt den Verlag zum Schadensersatz gegen den oder die jeweiligen Nutzer. Bei jeder autorisierten (oder gesetzlich gestatteten) Nutzung des Werks ist die folgende Quellenangabe an branchenüblicher Stelle vorzunehmen: 2015 (Autor), Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh, Heidelberg. Jegliche Nutzung ohne die Quellenangabe in der vorstehenden Form berechtigt die Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh zum Schadensersatz gegen den oder die jeweiligen Nutzer. Bildnachweise: Wir haben uns bemüht, sämtliche Rechteinhaber von Abbildungen zu ermitteln. Sollte dem Verlag gegenüber der Nachweis der Rechtsinhaberschaft geführt werden, wird das branchenübliche Honorar nachträglich gezahlt. Für unaufgefordert eingesandte Manuskripte und Bücher übernimmt die Redaktion keine Haftung; sie behält sich vor, Leserbriefe zu kürzen. 2

4 INHALT 04 AUF DER SPUR Der Dunkle Kosmos Wie Forscher versuchen, den mysteriösen Phänomenen des Universums auf die Spur zu kommen NASA CARLOS H. FAHAM 23 TEILCHENPHYSIK Woraus besteht die> Dunkle Materie? Die Antwort finden wir nur,> wenn wir die Suche ausweiten SPRINGEL, V. ET AL., GRAVITATIONSLINSEN Die ersten Blicke auf das dunkle kosmische Netz Mit Gravitationslinsen konnten Astronomen erstmals testen, wie Dunkle Materie das Universum durchzieht NASA; ESA; G. ILLINGWORTH, D. MAGEE, AND P. OESCH, UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA CRUZ; R. BOUWENS, LEIDEN UNIVERSITY; AND THE HUDF09 TEAM 38 ILLUSTRIS-SIMULATION Ein fast perfektes Modell> vom Universum Täuschend echt simuliert! 44 AXIONEN Entströmt der Sonne> Dunkle Materie? 48 URKNALL Planck entkräftet frühere Hinweise auf Dunkle Materie NASA / JPL-CALTECH / GSFC Röntgendaten liefern Hinweis> auf hypothetische Teilchen ESA Vollständige Auswertung der Daten> liefert neue Erkenntnisse STEFFEN RICHTER, HARVARD UNIVERSITY 52 URKNALLECHO BICEP2-Daten lösen sich endgültig in Staub auf Gravitationswellen aus dem frühesten Universum entpuppen sich als fehlerhafte Interpretation VOLKER SPRINGEL ET AL., KOSMOLOGIE Dunkle Materie> wird exotischer Wo verstecken sich die dunklen Elementarteilchen? 02 EDITORIAL / IMPRESSUM 61 BRACHTE DUNKLE MATERIE DIE DINOSAURIER UM? 3

5 NASA AUF DER SPUR Der Dunkle Kosmos von Volker Springel 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. 4

6 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 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: Man kann es nicht sehen, kann s nicht aufstören, kann es Auf einen Blick Licht am Ende des dunklen Tunnels? 1 >>Die These, dass»gewöhnliche«materie, aus der Galaxien, Sterne und auch Menschen bestehen, im Universum nur eine Nebenrolle spielt, ist gewagt. Doch gibt es gute Gründe für sie. 2 >>Ein großer Teil der Materie im Kosmos könnte demzufolge aus Dunkler Materie bestehen. Teilchendetektoren und astronomische Beobachtungen könnten ihr Geheimnis demnächst lüften. 3 >>Eine viel größere Herausforderung bleibt die Dunkle Energie. Neuartige Weltraumexperimente wie Euclid, das um 2020 starten soll, könnten aber auch hier neue Erkenntnisse liefern. 5

7 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Dunkle Materie - die verborgene Seite unseres Universums Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de