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Physik-Nobelpreis : Supernova - jünger, schneller, weiter

04.10.2011 17:17 Uhrvon
Die Explosionswolke einer Supernova, die vor 300 Jahren am irdischen Himmel aufgeflammt ist - heute als Cassiopeia A bekannt. Für die Entdeckung der beschleunigten Ausbreitung des Universums durch Beobachtung entfernter Supernovas geht der Nobelpreis für Physik in diesem Jahr an Saul Perlmutter (USA), Brian P. Schmidt (USA und Australien) und Adam G. Riess (USA).Bilder
Die Explosionswolke einer Supernova, die vor 300 Jahren am irdischen Himmel aufgeflammt ist - heute als Cassiopeia A bekannt. Für die Entdeckung der beschleunigten Ausbreitung des... - Foto: dpa

Sie wollten beweisen, dass sich der Kosmos langsamer ausdehnt. Aber wie sie feststellten, ist das Gegenteil der Fall. Drei Supernovaforscher werden nun mit dem Physik-Nobelpreis geehrt.

Man muss schon sehr enthusiastisch sein, um sich einer Aufgabe zu widmen, deren Lösung längst als ausgemacht gilt. Ein paar junge Astronomen ließen sich davon dennoch nicht schrecken. In mühevoller Kleinarbeit werteten sie in den neunziger Jahren Aufnahmen vom Sternenhimmel aus, um zu belegen, dass sich das Universum immer langsamer ausdehnt. Das zumindest sagte die über Jahrzehnte herrschende Lehrmeinung voraus.

Den gesuchten Beweis gaben die Daten aber nicht her, im Gegenteil. Offenbar nimmt die Expansion des Kosmos immer mehr Tempo auf, berichteten zwei konkurrierende Teams unabhängig voneinander im Jahr 1998. Gestern wurde den führenden Köpfen der Nobelpreis für Physik zugesprochen.

Die mit zehn Millionen schwedischen Kronen (1,1 Millionen Euro) dotierte Auszeichnung geht an Saul Perlmutter, Brian Schmidt und Adam Riess, teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mit.

Die Entdeckung der Wissenschaftler erschütterte seinerzeit die Grundfesten der Kosmologie und trug entscheidend zu unserem heutigen Bild vom Universum bei. Demnach macht die uns bekannte Materie – Atome, Moleküle, Minerale – nur rund ein Zwanzigstel des Alls aus. Den weitaus größeren Teil bilden mit knapp einem Viertel die dunkle Materie und mit fast Dreivierteln die dunkle Energie. Dinge, die man sich nicht so recht vorstellen kann, ohne die der Kosmos den Formeln der Astrophysiker zufolge aber nicht funktionieren kann.

Der Löwenanteil des kosmischen Treibstoffs, die Dunkle Energie, ist eng mit den Arbeiten der Preisträger verknüpft. Während die sichtbare und die dunkle Materie eine Gravitation erzeugen, die Planeten, Sterne und Galaxien zusammenhält, macht die dunkle Energie genau das Gegenteil: Sie treibt das Universum auseinander, und zwar immer schneller.

Wie aber wollen Astronomen die Geschwindigkeit von kosmischen Objekten messen? Und wie können die Forscher Aussagen darüber treffen, wie sich das Tempo im Lauf der Zeit verändert?

Eine der Grundlagen ist ein Effekt, der allenthalben an einer belebten Straße zu erleben ist: Der Sirenenton eines Krankenwagens wird höher, wenn sich das Fahrzeug nähert; entfernt es sich wieder, nimmt die Tonhöhe ab. Dahinter verbirgt sich der Umstand, dass die Wellenlänge des Tons vom davonfahrenden Fahrzeug gestreckt wird, er klingt tiefer. Ein ähnlicher Effekt ist auch bei Lichtwellen zu beobachten. Fliegt ein Stern aus der Sicht eines Astronoms auf der Erde davon, werden die von ihm ausgesandten Wellen gestreckt. Dabei wird das ursprüngliche Lichtspektrum des Sterns zum Roten hin verschoben. Die Forscher sprechen daher auch von einer „Rotverschiebung“.

Die zweite Grundlage besteht darin, dass Lichtquellen schwächer erscheinen, je weiter sie von einem Betrachter entfernt sind. Wer im All in die Ferne schaut, blickt immer ältere Objekte an und sieht so gewissermaßen in die Vergangenheit. So lässt sich die zeitliche Entwicklung der kosmischen Ausdehnung studieren.

Für ihre Untersuchungen suchten Perlmutter, Schmidt und Riess nach besonderen Lichtquellen: Supernovae des Typs Ia. Dabei handelt es sich um die Explosion eines alten Sterns, der etwa so schwer ist wie unsere Sonne, aber nur so klein wie die Erde – ein „weißer Zwerg“. In einigen Fällen sind die weißen Zwerge Teil eines Doppelsterns. Das heißt, sie können dank ihrer Schwerkraft dem benachbarten Stern Gas entziehen. Sobald sie dank dieser kosmischen Räuberei die 1,4-fache Sonnenmasse erreicht haben, explodieren sie.

Das starke Licht, der typische „Fingerabdruck“ der ausgesendeten Wellenlängen sowie das charakteristische Muster der Helligkeitszunahme und -abnahme machen 1a-Supernovae zu hervorragenden Studienobjekten. Aufgrund ihrer unverwechselbaren Eigenschaften werden sie auch als „Standardkerzen“ der Kosmologie bezeichnet. Jede Minute setzen im Universum zehn weiße Zwerge zu diesem Finale an. Da der Schlussakkord aber nur einige Wochen lang erklingt, müssen die Astronomen die Ia-Supernovae schnell finden, wenn sie für Messungen genutzt werden sollen.

Lesen Sie auf Seite zwei, wie die Forscher nach geeigneten Supernovae zu finden.

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