Astronomen berechnen die Masse der gesamten Materie im Universum

Die anteilige Zusammensetzung des Universums aus Dunkler Energie, Materie und Dunkler Materie. (Credits: UCR / Mohamed Abdullah)
Die anteilige Zusammensetzung des Universums aus Dunkler Energie, Materie und Dunkler Materie. (Credits: UCR / Mohamed Abdullah)

Ein wichtiges Ziel der Kosmologie ist es, die Gesamtmenge der Materie im Universum genau zu messen – eine entmutigende Übung sogar für die mathematisch Bewandertsten. Ein Team unter Leitung von Forschern der University of California in Riverside hat jetzt genau das getan. Wie sie im Astrophysical Journal berichten, bestimmten sie den Anteil der Materie an der Gesamtmenge von Materie und Energie im Universum auf 31 Prozent, wobei der Rest aus Dunkler Energie besteht.

“Um einen Vergleich anzubringen: Wenn alle Materie im Universum gleichförmig im Weltraum verteilt wäre, würde das einer durchschnittlichen Massendichte von nur etwa sechs Wasserstoffatomen pro Kubikmeter entsprechen”, sagte der Erstautor Mohamed Abdullah, ein Doktorand am Department of Physics and Astronomy der UCR. “Weil wir wissen, dass 80 Prozent der Materie in Wirklichkeit Dunkle Materie ist, besteht der Großteil der Materie nicht aus Wasserstoffatomen, sondern aus einem Materietyp, den Kosmologen noch nicht verstehen.”

Abdullah erklärte, dass eine gut erprobte Technik zur Bestimmung der Gesamtmenge der Materie im Universum darin bestehe, die beobachtete Anzahl und Masse von Galaxienhaufen pro Volumeneinheit mit Vorhersagen aus numerischen Simulationen zu vergleichen. Weil heutige Galaxienhaufen aus Materie entstanden, die im Laufe von Milliarden Jahren unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabierte, hängt die Anzahl der heute beobachteten Galaxienhaufen von den kosmologischen Bedingungen ab, insbesondere von der Gesamtmenge der Materie.

“Ein höherer Prozentsatz der Materie würde in mehr Galaxienhaufen resultieren”, sagte Abdullah. “Die besondere Herausforderung für unser Team war es, die Anzahl der Galaxienhaufen zu messen und dann zu bestimmen, welche Antwort ‘genau richtig’ war. Aber es ist schwierig, die Masse irgendeines Galaxienhaufens präzise zu messen, weil der Großteil der Materie aus Dunkler Materie besteht, die wir mit Teleskopen nicht sehen können.”

Um dieses Problem zu überwinden, entwickelte das Astronomenteam zunächst “GalWeight”, ein kosmologisches Werkzeug, um die Masse eines Galaxienhaufens mittels der Umlaufbahnen seiner Mitgliedsgalaxien zu messen. Dann wandten sie ihr Werkzeug auf Beobachtungen des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) an, um “GalWCat19” zu erstellen, einen öffentlich verfügbaren Katalog der Galaxienhaufen. Schließlich verglichen sie die Anzahl der Galaxienhaufen in ihrem neuen Katalog mit Simulationen, um die Gesamtmenge der Materie im Universum zu bestimmen.

“Wir konnten eine der präzisesten Messungen vornehmen, die jemals mit der Galaxienhaufen-Technik gemacht wurden”, sagte die Co-Autorin Gillian Wilson, Professorin für Physik und Astronomie an der UCR, in deren Labor Abdullah arbeitet. “Außerdem ist dies die erste Verwendung der Galaxienorbit-Tecnik, die einen Wert ergab, der mit Messungen anhand von anderen Techniken übereinstimmt, etwa Ungleichmäßigkeiten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, baryonische akustische Oszillationen, Typ-Ia-Supernovae oder dem Gravitationslinseneffekt.”

“Ein immenser Vorteil bei der Verwendung unserer GalWeight-Orbit-Technik bestand darin, dass unser Team eine Masse für jeden einzelnen Galaxienhaufen bestimmen konnte, anstatt sich auf indirektere, statistische Methoden zu stützen”, sagte der Co-Autor Anatoly Klypin, ein Experte für numerische Simulationen und Kosmologie.

Indem sie ihre Messungen mit jenen von anderen Teams mit anderen Techniken kombinierten, konnten die Forscher einen besten Wert bestimmen und schlussfolgern, dass die Materie 31,5±1,3 Prozent der Gesamtmenge an Materie und Energie im Universum ausmacht.

Die Studie wurde mit Fördermitteln der National Science Foundation und der NASA finanziert. Die Studie trägt den Titel “Cosmological Constraints on Ωm and σ8 from Cluster Abundances using the GalWCat19 Optical-spectroscopic SDSS Catalog“.

Quelle

(THK)

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1 Kommentar

  1. FASZINATION UNIVERSUM

    Gedichte zu den Rätseln des Universums,
    über Raum und Zeit, nicht frei von Heiterkeit:

    DUNKLES UNIVERSUM

    Am Anfang war der Urknall,
    Um uns herum der Nachhall.
    Das Weltall in Expansion
    Milliarden Jahre nun schon.

    Es sind dabei die Galaxien
    Einander rasant zu entflie’n.
    Da ist keine Wende in Sicht,
    Irgendwann geht aus das Licht.

    Dunkle Materie ist rätselhaft,
    Dunkle Energie nicht minder.
    Das Wissen ist noch lückenhaft,
    Man kommt nicht recht dahinter.

    Es braucht wohl wieder ein Genie,
    Gar eine neue Theorie.
    Den Kosmos ganz zu versteh’n,
    Wird noch etwas Zeit vergeh’n.

    EINSTEIN RELATIV LYRISCH

    Zeit ist relativ,
    Man hat sie leider nie.
    Einstein forschte intensiv,
    Offenbarte sein Genie:
    Konstant das Tempo von Licht,
    Schneller geht es nunmal nicht.
    Ein weiteres Resultat: E = m c ²
    Er brachte die Raumzeit ins Spiel,
    Eine Feldgleichung war das Ziel.
    Masse krümmt umgebenden Raum –
    Revolutionäres war gedacht,
    Wissenschaft vorangebracht.

    DAS SCHWARZE LOCH

    Ein kosmisches Schwergewicht,
    Zu keiner Diät bereit;
    Sternenstaub das Hauptgericht,
    Verschmäht wird keine Mahlzeit.
    Die Materie superdicht,
    Stark verbogen die Raumzeit;
    Dem Monster entkommt kein Licht,
    Gefängnis für die Ewigkeit.
    Der Ereignishorizont ist Grenze,
    Dahinter ist einfach Sense.

    STERNENSCHICKSAL

    Wasserstoff zu Helium
    Ist der Sterne Tonikum;
    Im Innern die Kernfusion
    Ist der Sterne Profession.
    Eruption und Protuberanz
    Sind nur oberflächlicher Tanz.

    Sterne sind bis zum Ende
    Geburtsort der Elemente.
    Nach dem Eisen letzter Gruß,
    Machen Sterne damit Schluss.
    Für Elemente superschwer
    Muss eine Supernova her.

    Sterne entsteh’n und vergeh’n,
    Das ist im All Normalgescheh’n.
    Der Mensch, ein Kind der Sterne,
    Betrachtet’s aus der Ferne.

    STERNENBETRACHTUNG

    Deklination und Rektaszension
    Bestimmen die Sternposition.
    Die Parallaxe indessen
    Hilft beim Entfernung messen.

    Wir sehen Sterne Blau und Rot,
    Neugeboren, auch kurz vorm Tod;
    Oder uns’rer Sonne ähnlich,
    Mittelalt und leuchtend gelblich.

    Da gibt es Riesen und Zwerge
    Verschiedenster Leuchtstärke;
    Solisten und Mehrfachsterne,
    Recht nah und in weiter Ferne.

    Sternenheimat sind Galaxien,
    Die mit ihnen durchs All zieh’n.
    Meist von Planeten umgeben,
    Gibt’s ohne Sterne kein Leben.

    DAS SCHWARZE LOCH – Maxiversion

    Es ist weder schwarz, noch ist es ein Loch,
    Man sieht das obskure Objekt einfach nicht;
    Der dichten Materie entkommt kein Licht.
    Über Einzelheiten rätselt man noch.

    Es hat zugelegt seit seinem Entsteh’n,
    Wird auch demnächst nicht auf Diät geh’n.
    Es will sich alles einverleiben,
    Wir sollten dem Monster fernbleiben.

    Im Zentrum der Galaxie zu Hause,
    Saugt es Material auf ohne Pause.
    Man nennt dieses hier supermassiv,
    Es ist trotz seiner Fülle recht aktiv.

    Es wird von Sternen rasant umkreist,
    Was uns seine Existenz beweist.
    Eine Strahlung, nach Hawking benannt,
    Beobachtet man an Loches Rand.

    Der Ereignishorizont ist Grenze,
    Dahinter ist einfach Sense.
    Verrinnen will dort keine Zeit,
    Gefängnis für die Ewigkeit.

    MONSTERCRASH

    Zwei Schwarze Löcher im Streit,
    Das kommt vor von Zeit zu Zeit.
    Auch einen Neutronenstern
    Rempeln diese Monster gern.

    Die gewaltige Kollision
    Bringt das Weltall zur Vibration;
    In die Raumzeit ein paar Dellen,
    Dazu Gravitationswellen.

    Diese gehen auf die Reise,
    Zieh’n im Kosmos ihre Kreise.
    So erfährt auch unser Planet,
    Was da draußen vor sich geht.

    TEILCHENPHYSIK

    Ewig bleibt stehn keine Mauer,
    Nichts im Weltall ist von Dauer.
    So zerfällt nach einem Weilchen
    Auch noch das kleinste Teilchen.

    Nukleonen winzig klein,
    Der größte Galaxienverein;
    Was am Himmel sehen wir,
    Der Mensch und alles Getier –
    So schön auch der Bibelbericht,
    Einen Gott brauchte es dafür nicht.

    WELTALL – ERDE – MENSCH

    Eine Singularität macht Karriere,
    Die Materie in einem Punkt vereint.
    Ein großer Knall beendet die Leere,
    Das Duo Raum und Zeit erscheint.

    Der Materie Vielfalt fächert sich auf,
    Es bilden sich die Elemente.
    Sterne und Planeten entsteh’n zuhauf,
    Alles in Ausdehnung ohne Ende.

    Uns’re Galaxie ist eine von Milliarden,
    Ein Spiralsystem, keine Besonderheit.
    Die Erde hatte die besten Karten,
    Hier fand das Leben Geborgenheit.

    Aus toter Materie ging es hervor,
    Strebte hin zu höchster Komplexität.
    Die Evolution wirkt als ein Motor,
    Der einfach niemals ins Stocken gerät.

    Zahllose Arten entsteh’n und vergeh’n,
    Bevor der Mensch betritt die Szenerie.
    Auch ihn wird man nicht ewig hier seh’n,
    Das ist die kosmische Dramaturgie.

    Rainer Kirmse , Altenburg

    Herzliche Grüße aus Thüringen

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