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Physik-Nobelpreis 2011 Das Universum bläht sich auf

Der Physik-Nobelpreis 2011 geht an drei Astronomen, die mit Hilfe von Sternenexplosionen den Kosmos vermessen haben.

05.10.2011 17:13
Von Frank Grotelüschen
Das wachsende Universum.

Der Physik-Nobelpreis 2011 geht an drei Astronomen, die mit Hilfe von Sternenexplosionen den Kosmos vermessen haben.

Die Nachricht schockierte Ende der 90er-Jahre die Astrophysiker. Unser Universum dehnt sich immer schneller aus. Für diese Entdeckung, die zwei Teams gleichzeitig gelang, geht der Physik-Nobelpreis in diesem Jahr an die US-Wissenschaftler Saul Perlmutter und Adam Riess sowie den US-Australier Brian Schmidt. Mit ihrer Beobachtung zahlreicher Sternexplosionen – sogenannte Supernovae – in den Tiefen des Alls hätten die drei Forscher das Verständnis des Universums verändert, erklärte die Nobel-Jury am Dienstag in Stockholm.

Das gängige Modell von der Entstehung der Welt ist die Urknalltheorie: Demnach entstand der Kosmos vor rund 13,7 Milliarden Jahren in einer gewaltigen Explosion, dem Big Bang. Seitdem, und das wissen die Physiker schon seit den 20er-Jahren, dehnt er sich immer weiter aus. Offen war jedoch, wie unsere Welt endet. Jahrzehntelang stritten die Wissenschaftler über diese Frage. 1998 jedoch lieferten zwei internationale Astronomenteams die definitive Antwort: Das Weltall wird ewig weiterexpandieren, und zwar – zur großen Überraschung der Fachwelt – mit immer größerer Geschwindigkeit.

Jahrelang hatten die beiden Teams stoisch den Sternenhimmel beobachtet: Saul Perlmutter, Jahrgang 1959, von der Universität Kalifornien leitete das „Supernova Cosmology Project“. Adam Riess (42), damals ebenfalls an der Universität Kalifornien, und Brian Schmidt (44) von der Australian National University vertraten das „High-z Supernova Search Team“.

Als sie das All mit verschiedenen Teleskopen durchmusterten, hatten es die Forscher auf bestimmte Gebilde abgesehen: ferne Supernova-Explosionen, Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

Eine Supernova ist ein spektakulärer Gewaltakt: Erreicht ein Stern das Ende seines Lebens, vergeht er in einer riesenhaften Explosion, schleudert enorme Mengen an Materie ins All und leuchtet dabei wochenlang extrem hell auf – so hell wie eine gesamte Galaxie. Die diesjährigen Nobel-Laureaten nutzten das kosmische Spektakel als eine Art Leuchtfeuer. Supernovae laufen immer ähnlich ab: Gleich große Sterne leuchten beim Explodieren immer gleich hell.

Damit sind Supernovae bestens als „Standardkerzen“ geeignet – als kosmische Leuchttürme, mit deren Licht sich Entfernungen im Kosmos präzise ausmessen lassen. Perlmutter, Schmidt und Riess hatten es speziell auf Supernovae vom Typ 1A abgesehen, hervorgerufen durch „weiße Zwerge“ – Sterne, die so schwer sind wie die Sonne, aber nur so groß wie die Erde.

In ihren Messungen verglichen die Forscher Bilder von ein- und demselben Himmelssegment im Abstand von einigen Wochen. Leuchtete irgendwo an einer Stelle, an der es zuvor dunkel gewesen war, ein kleiner Punkt auf, war das ein Indiz für eine Supernova. Eine heikle Aufgabe – die Astronomen mussten sich den Signalen so flott wie möglich auf die Fersen heften. Schließlich waren die Supernovae nach wenigen Wochen wieder verblasst.

1998 präsentierten die Forscher das Ergebnis: Sie hatten mehr als 50 Supernovae beobachtet, die deutlich weniger hell strahlten als theoretisch erwartet. „Das war eine große Überraschung“, erinnert sich Wilfried Buchmüller, Physiker am Forschungszentrum Desy in Hamburg. „Mit diesem Ergebnis hatte niemand gerechnet.“

Die einzige Erklärung: Das Universum dehnt sich nicht immer langsamer aus, so wie es die Experten angenommen hatten. Stattdessen beschleunigt sich seine Expansion. Buchmüller: „Die Geschwindigkeit, mit der das Universum auseinanderfliegt, wächst.“ Zunächst nahm die Fachwelt dieses Resultat eher ungläubig auf. Aber die Tatsache, dass zwei unabhängige Teams zum selben Ergebnis gekommen war, überzeugte die Astronomen schließlich. „Der Nobelpreis ist verdient“, meint Buchmüller. „Die Entdeckung ist von herausragender Bedeutung.“

Doch was bewirkt die beschleunigte Expansion, was steckt als Triebkraft dahinter? Bald nach der Entdeckung sprachen Theoretische Physiker von einer ominösen dunklen Energie. Sie scheint der Gravitation entgegenzuwirken und Sterne, die sich eigentlich gegenseitig anziehen sollten, auseinander zu treiben. Bereits Einstein hatte über ähnliche Effekte spekuliert. In seinen Gleichungen würde sich die dunkle Energie als eine Zahl bemerkbar machen, Kosmologische Konstante genannt. Später widerrief das Genie seine Idee und bezeichnete die Kosmologische Konstante als „größte Eselei“ seines Lebens. Perlmutter, Schmidt und Riess haben gezeigt, dass Einstein letztlich doch auf der richtigen Spur war. Nur: „Aus was die dunkle Energie eigentlich besteht, ist auch heute noch ein Rätsel“, sagt Buchmüller.

Die Dunkle Energie macht etwa Dreiviertel der im Universum steckenden Gesamtenergie aus. Das verbleibende Viertel sollte zum Großteil aus sogenannter Dunkler Materie bestehen. Nur etwa fünf Prozent des Kosmos ist demnach aus jenen Stoffen gemacht, die uns vertraut sind: Sonnen, Gase, Gesteine, Ozeane.

Das Schicksal, das dem Universum bevorsteht, lässt sich nun wie folgt skizzieren: Die dunkle Energie treibt die Himmelskörper immer schneller auseinander – wie die Rosinen in einem aufgehenden Hefeteig. Die Entfernung zwischen den Sternen wächst stetig. Würde man den Nachthimmel in einigen Milliarden Jahren beobachten, wäre er deutlich ausgedünnt. Nur noch wenige Sterne würden am Firmament funkeln.

Gleichzeitig geht den Sternen der Brennstoff aus – jene Elemente, die in ihrem Inneren die Kernfusion befeuern und dadurch die Sonnen zum Scheinen bringen. Ein Stern nach dem anderen erlischt. Übrig bleibt ein stockdunkler und eisigkalter Kosmos voller lebloser Materiebrocken – das Universum als Müllhalde aus Gesteinsbrocken und Gasbällen, dazwischen exotische Gebilde wie Neutronensterne und Schwarze Löcher. Und manche Physiker denken sogar, dass diese verbleibende Materie letztlich instabil ist und eines Tages zerfällt. Dann wäre das letzte Stadium des Universums ein riesiger Raum gefüllt mit Strahlung und exotischen Elementarteilchen – ein Zustand, der dem definitiven Nirwana nahe kommt.

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