{"id":22699,"date":"2016-03-07T07:00:30","date_gmt":"2016-03-07T06:00:30","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/03\/07\/hat-der-nachweis-von-gravitationswellen-etwas-mit-dunkler-materie-zu-tun\/"},"modified":"2025-05-14T16:16:52","modified_gmt":"2025-05-14T14:16:52","slug":"hat-der-nachweis-von-gravitationswellen-etwas-mit-dunkler-materie-zu-tun","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/03\/07\/hat-der-nachweis-von-gravitationswellen-etwas-mit-dunkler-materie-zu-tun\/","title":{"rendered":"Hat der Nachweis von Gravitationswellen etwas mit dunkler Materie zu tun?"},"content":{"rendered":"

Es war eine Frage, die mir nach dem erste direkten Nachweis von Gravitationswellen<\/a> oft gestellt wurde: „Hat das jetzt auch irgendetwas mit der dunklen Materie zu tun?“<\/i>. Und die Antwort darauf lautet eigentlich: Nein, gar nicht. Gravitationswellen sind ein Ph\u00e4nomen, das v\u00f6llig unabh\u00e4ngig von dunkler Materie existiert. Gravitationswellen gibt es, selbst wenn es die dunkle Materie nicht geben w\u00fcrde. Trotzdem haben sich k\u00fcrzlich einige Wissenschaftler Gedanken dar\u00fcber gemacht, ob da vielleicht doch ein Zusammenhang bestehen k\u00f6nnte. Und ob die k\u00fcrzlichen gemessenen Gravitationswellen eventuell doch R\u00fcckschl\u00fcsse auf die Natur der dunklen Materie liefern k\u00f6nnte.<\/p>\n

\"Zusammensetzung<\/a>
Zusammensetzung des Universums (Bild: NASA\/WMAP<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Denn das ist ja das, worum es bei der Forschung zur dunklen Materie haupts\u00e4chlich geht: Herauszufinden, woraus sie besteht. Dass<\/i> sie vorhanden ist, ist mehr oder weniger unumstritten; entsprechende Beobachtungen hat man seit den 1930er Jahren immer und immer wieder gemacht. Egal ob man die Sache aus einem astronomischen, einem kosmologischen oder einen teilchenphysikalischen Blickwinkel betrachtet: Man kommt immer \u00fcbereinstimmend zu dem Befund, dass eine Art der Materie im Universum existiert, die sich grundlegend von der „normalen“ Materie unterscheidet (Ich habe das \u00fcbrigens hier sehr ausf\u00fchrlich<\/a> erkl\u00e4rt).<\/p>\n

Eine der Favoriten Hypothesen zur Natur der dunklen Materie sind die sogenannten WIMPs: Weakly Interactive Massive Particles<\/i>; also eine noch nicht nachgewiesene Art von Elementarteilchen, die nicht elektromagnetisch sondern nur gravitativ wechselwirken (so wie es zum Beispiel auch bei den Neutrinos der Fall ist). Bis jetzt hat man diese Teilchen allerdings noch nicht nachgewiesen und Forscher machen sich daher auch Gedanken \u00fcber Alternativen.<\/p>\n

Wie Simeon Bird<\/i> von der John Hopkins University in Baltimore und seine Kollegen. Sie haben den Nachweis der Gravitationswellen am LIGO-Observatium zum Anlass genommen dar\u00fcber zu spekulieren, ob die dunkle Materie aus schwarzen L\u00f6chern bestehen k\u00f6nnte („Did LIGO detect dark matter?“<\/a>). Die Gravitationswellen deren Nachweis man dort Mitte Februar bekannt gegeben hat, wurden ja von zwei kollidieren schwarzen L\u00f6chern verursacht. Das stellen Bird und seine Kollegen auch nicht in Frage. Aber sie erkl\u00e4ren, dass solche schwarzen L\u00f6cher genau das sein k\u00f6nnten, aus dem die dunkle Materie besteht.<\/p>\n

Diese Idee erscheint naheliegend: Dunkle Materie kann man nicht sehen. Schwarze L\u00f6cher kann man nicht sehen. Wieso sollten schwarze L\u00f6cher also nicht die dunkle Materie bilden?<\/p>\n

Nun – einmal, weil man schwarze L\u00f6cher doch<\/i> sehen kann. Zumindest indirekt, \u00fcber ihren gravitativen Einfluss. Wenn \u00fcberall im Universum schwarze L\u00f6cher zwischen den Sternen sitzen w\u00fcrden, w\u00fcrde man das trotzdem merken. Weil sie mit ihrer Gravitationskraft die Bewegung dieser Sterne beeinflussen zum Beispiel. Aber auch, weil sie durch die von ihnen verursachte Kr\u00fcmmung des Raumes Lichtstrahlen ablenken und als sogenannte „Gravitationslinsen“ wirken k\u00f6nnen. Nach solchen Effekten wird schon lange und regelm\u00e4\u00dfig gesucht und wir h\u00e4tten bemerkt, wenn da jede Menge schwarze L\u00f6cher existieren w\u00fcrden.<\/p>\n

Aber, wie Bird und seine Kollegen in ihrer Arbeit anmerken: Diese Einschr\u00e4nkungen gelten nur f\u00fcr bestimmte Massenbereiche. Schwarze L\u00f6cher mit genau der richtigen Masse; nicht zu klein und nicht zu gro\u00df, k\u00f6nnten unbemerkt geblieben sein. Schwarze L\u00f6cher mit einer Masse zwischen 10 und 100 Sonnenmassen w\u00e4ren als Bestandteil der dunklen Materie derzeit nicht komplett auszuschlie\u00dfen.<\/p>\n

Bleibt ein zweites Problem: Schwarze L\u00f6cher kommen nicht einfach aus dem Nichts! Sie m\u00fcssen irgendwie entstehen und die schwarzen L\u00f6cher um die es hier geht, entstehen aus den \u00dcberresten gro\u00dfer Sterne. Sterne, die sich aus ganz normaler Materie gebildet haben. Wir wissen allerdings, dass es deutlich mehr dunkle als normale Materie geben muss. Wenn die dunkle Materie tats\u00e4chlich nichts anderes ist als schwarze L\u00f6cher, die aus ehemaligen Sternen entstanden sind, dann gibt es ein Problem. Dann m\u00fcsste das Universum fr\u00fcher viel mehr Sterne und damit viel mehr normale Materie enthalten haben, als die kosmologischen Modelle zulassen. Modelle, die \u00fcbrigens wunderbar mit den Beobachtungsdaten \u00fcbereinstimmen. Alles was wir \u00fcber die Entwicklung des Universums wissen und beobachten sagt uns, dass so viel Materie nicht vorhanden war.<\/p>\n

Bird und seinen Kollegen geht es in ihrer Arbeit allerdings nicht um schwarze L\u00f6cher, die irgendwann aus sterbenden Sternen entstanden sind. Sie haben sich mit primordialen schwarzen L\u00f6chern<\/i> besch\u00e4ftigt. Das sind schwarze L\u00f6cher, die beim Urknall selbst entstanden sind und keine Sterne als Vorl\u00e4ufer brauchen. Ob es diese Variante von schwarzen L\u00f6chern gibt, wissen wir nicht. Aber wenn es sie g\u00e4be, k\u00f6nnten sie f\u00fcr die Beobachtung von LIGO verantwortlich sein. <\/p>\n

Bird und seine Kollegen haben abgesch\u00e4tzt, wie oft primoridiale schwarze L\u00f6cher mit Massen die zur LIGO-Beobachtung passen, miteinander kollidieren w\u00fcrden. Wenn solche Kollision st\u00e4ndig passieren w\u00fcrden, dann h\u00e4tte LIGO w\u00e4hrend seines Beobachtungslaufes mehr als nur ein Ereignis registrieren m\u00fcssen. W\u00e4re das Ereignis extrem selten, dann ist es auch extrem unwahrscheinlich, das LIGO gerade diese eine Kollision beobachtet hat. Aber die Berechnung von Bird und seinen Kollegen zeigt, dass die Wahrscheinlichkeit genau zu der beobachteten „H\u00e4ufigkeit“ passt (wenn man bei einem Ereignis \u00fcberhaupt von „H\u00e4ufigkeit“ sprechen kann).<\/p>\n

Ich bin ein wenig skeptisch, was diese Arbeit angeht. Nicht, dass sie schlecht gemacht oder prinzipiell zweifelhaft w\u00e4re! Solange wir nicht genau wissen, woraus die dunkle Materie besteht, solange kann man nicht ausschlie\u00dfen, dass es sich dabei um primordiale schwarze L\u00f6cher handelt. Aber nach M\u00f6glichkeit sollte man sich bem\u00fchen, bei der Erkl\u00e4rung von Ph\u00e4nomenen nicht allzu viele spekulative Hypothesen auf einmal zu inkludieren. Die Beobachtung von LIGO lassen sich gut durch die Kollision zweier schwarzer L\u00f6cher erkl\u00e4ren. Zweier schwarzer L\u00f6cher, deren Entstehung sich ebenfalls gut im Rahmen der bestehenden Theorien zur Sternentwicklung verstehen l\u00e4sst (siehe dazu zum Beispiel hier<\/a>). Stattdessen eine hypothetische Art von schwarzen L\u00f6chern als Erkl\u00e4rung heranzuziehen und<\/i> dann auch noch daraus abzuleiten, dass die dunkle Materie aus diesen hypothetischen Objekten besteht, ist ein klein wenig viel auf einmal… Mal ganz abgesehen davon, dass es auch nicht unbedingt einfach w\u00e4re, eine „dunkle primordiale Schwarze-Loch-Materie“ mit dem Rest der kosmologischen, astronomischen und teilchenphysikalischen Theorien und Erkenntnisse zu vereinbaren.<\/p>\n

\"Zwei<\/a>
Zwei schwarze L\u00f6cher verschmelzen. Aber ob das was mit dunkler Materie zu zun hat? (Bild: NASA\/Ames Research Center\/C. Henze“<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Wir werden einfach abwarten m\u00fcssen, wie sich die Sache entwickelt. Die Gravitationswellenastronomie hat gerade erst begonnen! In den n\u00e4chsten Jahren und Jahrzehnten werden wir mehr als genug neue Daten sammeln. Sowohl was die Beobachtung der Gravitationswellen angeht als auch den Nachweis bisher unbekannter Partikel in teilchenphysikalischen Experimenten. Sollte zwischen den kollidieren schwarzen L\u00f6chern und der dunklen Materie tats\u00e4chlich ein Zusammenhang bestehen, werden wir es fr\u00fch genug bemerken. Ich w\u00fcrde allerdings nicht viel Geld darauf setzen, dass das wirklich die Antwort auf die Frage nach der Natur der dunklen Materie ist… \t\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Es war eine Frage, die mir nach dem erste direkten Nachweis von Gravitationswellen oft gestellt wurde: „Hat das jetzt auch irgendetwas mit der dunklen Materie zu tun?“. Und die Antwort darauf lautet eigentlich: Nein, gar nicht. Gravitationswellen sind ein Ph\u00e4nomen, das v\u00f6llig unabh\u00e4ngig von dunkler Materie existiert. Gravitationswellen gibt es, selbst wenn es die dunkle […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":15642,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11],"tags":[433,492,6120,9049,11791,468,13326],"class_list":["post-22699","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-naturwissenschaften","tag-dunkle-materie","tag-gravitationslinse","tag-gravitationswellen","tag-ligo","tag-primordiales-schwarzes-loch","tag-schwarzes-loch","tag-simeon-bird"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22699","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=22699"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22699\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":22700,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22699\/revisions\/22700"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15642"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=22699"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=22699"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=22699"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}