Posts Tagged ‘Dunkle Energie’

Endgültiges Go für ESA-Kosmologiemission Euclid

20. Juni 2012

Bereits letzten Oktober war Euclid als eine der ersten beiden M-Missionen des ESA-Langzeitplans ausgewählt worden, aber erst gestern hat es endgültig grünes Licht für dieses Weltraumobservatorium zur Erforschung der Dunklen Energie mit Hilfe einer tiefen ‚dreidimensionalen‘ Durchmusterung von 2 Milliarden Galaxien gegeben. Der eigentliche Satellit mit seinem 1.2-m-Teleskop wird die ESA rund 600 Mio. Euro kosten: rund 125 Mio. Euro mehr als eigentlich für M-Missionen vorgesehen sind, aber das Projekt erschien so bedeutend, dass dies keine Rolle mehr spielte. Derweil kümmern sich die Mitgliedsländer separat um die beiden Instrumente auf dem Satelliten: die typische Konstellation bei ESA-Projekten. Es handelt sich um eine Kamera für sichtbares Licht und eine Kamera mit Spektrograph für’s Infrarote: Für die letzteren Detektoren sorgt im Rahmen eines Abkommens die NASA, die so als Juniorpartner mit ~5% der Gesamtkosten zu guter Letzt doch noch an Bord gekommen ist (der detaillierte Text dieses MOU steht bereits, unterschrieben ist es aber noch nicht). Gestartet werden soll 2019 – und dann sollen Weak Lensing sowie die räumliche Verteilung der Galaxien verlässliche Auskunft über die ‚dunklen Seiten‘ des Kosmos – Dunkle Materie bzw. Dunkle Energie – geben, die bei der Strukturbildung im Universum entscheidend mitgewirkt haben. Ähnlich liegt auch die Aufgabenstellung der NASA-Vision WFIRST, die aber auch über Ia-Supernovae Dunkel-Energie-Vermessung betreiben soll: Das wäre vielleicht auch wiederum etwas für Euclid in einer Missionsverlängerung.

Physik-Nobelpreis für die Dunkle Energie!

4. Oktober 2011

„The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics for 2011 with one half to Saul Perlmutter […] and the other half jointly to Brian P. Schmidt […] and Adam G. Riess […] ‚for the discovery of the accelerating expansion of the Universe through observations of distant supernovae'“ – so ist’s entschieden: Die Entdeckung der Dunklen Energie mit Hilfe von Supernova-Fotometrie in den 1990-er Jahren, erstmals von diesem Blogger berichtet im Cosmic Mirror #68, hat nun die höchste denkbare wissenschaftliche Ehre erhalten. Und der Autor kann sich ‚rühmen‘, noch am Tag der Bekanntgabe der verblüffenden Entdeckung auf einer Tagung in Washington, DC, die faszinierenden astronomischen Details – etwa die ‚Vorbuchung‘ des HST für Supernovae, die noch gar nicht ausgebrochen sind – mit Saul Perlmutter an seinem Poster diskutiert zu haben.

Perlmutter und Schmidt & Riess leiteten zwei konkurrierende Arbeitsgruppen zur kosmologischen Ausnutzung von Supernovae mit hoher Rotverschiebung, die praktisch gleichzeitig publizierten. Viele andere Messmethoden haben die Dunkle Energie inzwischen ebenfalls nachgewiesen (was ausschlaggebend für die Preisvergabe war, wie das Nobelkomitee gerade auf seiner PK betonte): Zusammen mit der Dunklen Materie bildet sie die Basis der modernen Kosmologie. Und warum gab’s nix für Vera Rubin, die als Entdeckerin der Dunklen Materie gilt, wurde auf der PK gefragt: Da gäbe es auch andere und eine längere Geschichte dahinter, war die Antwort, und das müsse „noch ermittelt“ werden. Vielleicht kommt da ja noch mal was … NACHTRAG: Artikel strömen herein, z.B. hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier und hier. NACHTRAG 2: Im Glanze sonnen sich IOP, ESO und ANU. NACHTRAG 3: „Rapid Reaction“ von Schmidts Kollegen in Oz; weitere Links im Cosmic Mirror #344.

Ein neuartiger Nachweis von Dunkler Materie im Außenbereich von Galaxien

13. Januar 2011

scheint mit Hilfe von Gravitationslinsen und dem Chandra-Satelliten gelungen zu sein, wurde heute auf der 217. AAS-Tagung verkündet, aber er ist nicht leicht nachzuvollziehen. Das Indiz ist eine „Anomalie“ der Helligkeit der Linsen-Bilder eines fernen Quasars, dessen Licht durch den Außenbereich einer großen Vordergrundgalaxie fällt: Dort wird es durch den starken Linseneffekt in mehrere Bilder gespalten, aber die die einzelnen Sterne wie die Dunkle Materie in der Galaxie überlagern dem einen zusätzlichen schwachen Linseneffekt durch Microlensing. Und der ist abhängig von der Wellenlänge, weil das sichtbare Licht und die Röntgenstrahlung aus unterschiedlich großen Bereichen des Quasars kommen und deswegen der Linseneffekt durch kompakte Sterne ein anderer ist. Nach allerlei Mathematik kommt heraus: Zwischen 5 und 8 kpc Zentrumabstand bestehen Galaxien (14 Fälle wurden untersucht) zu 85 bis 95% aus Dunkler Materie. Zumindest ist dies 5-mal wahrscheinlicher als dass es dort nur die sichtbaren Sterne gibt (und 10-mal wahrscheinlicher dass dort praktisch nur DM sitzt). Zwar wissen wir dadurch immer noch nicht, woraus die DM eigentlich besteht, aber angesichts der Evidenz im großen Kosmos für sie ist ein neuartiger Nachweis ihrer Existenz im Inneren von Galaxien ein wichtiger Aspekt.

Eine weitere Verbesserung der Ia-Supernova-Methode zur Messung der Dunklen Energie

wurde auf derselben PK präsentiert: Allmählich schält sich heraus, dass Supernovae mit höheren Ejekta-Geschwindigkeiten etwas rötlicher als der Rest sind, was wiederum hilft, Staubeffekte (die ebenfalls röten) heraus zu rechnen. Ungefähr um einen Faktor 2 mag das die Ungenauigkeit der Entfernungsbestimmung über die gemessene Maximumshelligkeit einer SN reduzieren helfen. Eine gute Nachricht für die Dark Energy Survey, die mit der Dark Energy Camera („Große Instrumente …“) gleich vier Methoden anwenden soll, um der Dunklen Energie Herr zu werden. Dazu zählen neben den Supernovae des Typs Ia auch die großräumige Struktur des Kosmos, Galaxienhaufen und Gravitationslinsen. 300 Mio. Galaxien, über 100’000 Haufen und 4000 Supernovae soll die Survey auf einem Achtel des Himmels einfahren, 4 Petabyte Daten in 5 Jahren; First Light der 570-Megapixel-Kamera ist Ende des Jahres.

„Dunkle“ Galaxien verraten sich in Gezeitenschweifen

großer Galaxien, in deren Nähe sie sich aufhalten und deren Wasserstoffgas sie zu großen Bögen herausreißen. Das läßt sich im Fall von Messier 51 aber auch bei kleineren – bekannten – Begleitgalaxien direkt testen (erfolgreich bei Massenverhältnissen große/kleine von 1:3 bis 1:100), und so weit draußen ist auch keine normale Spiralstruktur mehr möglich: Sieht man einen derartigen Wasserstoffschweif, dann muss da einer dran gezogen haben. Was zu der kühnen Vorhersage eines unentdeckten Begleiters der Milchstraße führt, mit 1/100 ihrer Masse, 80 kpc Abstand und einer relativ präzisen Position. Laufende Infrarot-Himmelsdurchmusterungen sollten „Galaxie X“ aufspüren können. NACHTRAG: Papers zur Technik und zur Prognose (Präzisierung).

Fundamental-physikalische Nachrichten kompakt

29. November 2010

Unabhängiger geometrischer Beweis für die Dunkle Energie

Nur wenn man die Standardkosmologie mit ihrer bizarren beschleunigten Expansion des Alls annimmt, sind die räumlichen Orientierungen von fernen Galaxienpaaren so zufällig im Raum verteilt wie man es erwarten sollte: Das Argument ist nur statistisch aber doch so stark, dass es jetzt als weiterer – gänzlich unabhängiger – Beweis für die Existenz der Dunklen Energie gefeiert wird. Bei einer anderen Kosmologie und damit anderen Expansionsgeschichte sähe es so aus, als hätten die Verbindungslinien der Galaxien im Raum eine gewisse Vorzugsrichtung, was keinerlei Sinn machen würde. Dieser „Alcock-Paczynski-Test“ wurde schon 1979 vorgeschlagen, ist aber erst jetzt dank umfangreicher Galaxienkataloge samt Rotverschiebung möglich geworden: Den Dopplereffekt aus den Galaxienorbits heraus zu rechnen, um den rein kosmischen Unterschied der Rotverschiebungen und damit Entfernungen zu isolieren, ist immer noch kritisch, aber zumindest kommt schon mal heraus, dass der Kosmos insgesamt flach ist und beschleunigt expandiert – auch wenn das Ergebnis noch unscharf für Rückschlüsse auf die Natur der Dunklen Energie ist. Mit kommenden Galaxiendurchmusterungen im tiefen Kosmos sollte das aber gehen. (Marinoni & Buzzi, Nature 468 [25.11.2010] 539-41; auch Heavens, ibid 511-2; Nature News 24., Physics World 25., Ars Technica 26.11.2010. Und ein langer Review über The Accelerating Universe)

Labor-Messungen der Gravitationskonstanten widersprechen sich weiterhin: Die vermeintlichen Fehlerbalken der einzelnen Bestimmungen von G durch trickreiche Experimente auf kleinem Raum sind winzig – aber die Werte selbst passen nicht zusammen. Und so wird wohl der nächste „offizielle“ Wert, in den alle in letzter Zeit publizierten Messungen eingerechnet werden, wieder einmal einen peinlich großen Fehlerbalken haben. (Davis, Nature 468 [11.11.2010] 181-3. Auch Nature News, Ars Technica zu einer ungewöhnlich kleinen Messung des Proton-Durchmessers – und Pressemitteilungen der TU Darmstadt und der Uni Bremen sowie Nature, Physics World, Ars Technica, LiveScience und DLF zu einem Riesen-BEC im Bremer Fallturm; die Forschung zielt auf’s Äquivalenzprinzip)

Erste LHC-Blei-Ergebnisse: Früher Kosmos quasi eine perfekte Flüssigkeit

Die Blei-Ionen kollidierten im LHC erst ein paar Tage, da waren schon die ersten Papers mit Analysen eingereicht: Im Prinzip werden die Erkenntnisse des amerikanischen RHIC zum Quark-Gluonen-Plasma auch bei 13-mal höherer Energie von den Experimenten ALICE – spezialisiert auf diese Versuche – und ATLAS bzw. CERN bestätigt. Manche überraschte dabei aber, dass sich dieser kuriose Materiezustand, den es auch kurz nach dem Urknall gab, auch unter diesen Umständen wie eine perfekte Flüssigkeit und nicht wie ein Gas aufführt. Auch wurde Jet-Quenching beobachtet, d.h. statt diametralen Teilchenstrahlen wie zuvor bei den Protonenkollisionen wird einer der Jets unterdrückt, wenn die komplizierten Kerne kollidieren. (CERN Release 26., STFC Release 23., Univ. of Birmingham Release 22., CMS Release 18.11.2010; Symmetry Breaking 18., New Scientist 25., Welt der Physik 29.11.2010)

Zum ersten Mal Antimaterie „längere“ Zeit eingefangen hat das ALPHA-Experiment des CERN: Mindestens 38 Anti-Wasserstoff-Atome, zuvor „zusammengesetzt“ aus Antiprotonen und Positionen, hielten es dank ihres magnetischen Moments bei 335 Experimenten jeweils 172 Millisekunden in einem Oktupolfeld aus (das danach jeweils abgeschaltet wurde, so dass die Antimaterie an der Wand des Behälters mit charakteristischem Signal zerstrahlte). Etwas über das Wesen der Antimaterie lernen kann man so zwar immer noch nicht, aber der Weg zu längerem Einfang ist nun geebnet: Wenn man es – in fünf Jahren?? – schafft, 100 Antiatome gleichzeitig fest zu halten, könnte man sie per Laser spektroskopieren. Und herausfinden, ob sich Antimaterie von normaler unterscheidet, was wiederum zu verstehen helfen könnte, warum erstere im Kosmos de facto verduftet ist. (LBL, CERN Releases [mit kleiner Datumspanne am Anfang], Nature News, Physics World, Scientific American, Ars Technica, New Scientist, Telegraph, Spiegel 17., LA Times, Welt der Physik, BdW, ZEIT 18., Science Journalism Tracker 19.11.2010)

Radio-„Nebel“ in WMAP-Karte passt zu Dunkel-Materie-Verdacht im Gamma-Bereich

Bewiesen ist wieder einmal nichts – aber die (mit wenig Freiheitsgraden) berechnete Synchrotronstrahlung, die entstehen müsste, wenn das Gammaglühen aus der Umgebung des Galaktischen Zentrums auf die gegenseitige Vernichtung von WIMPs (3. Absatz) als Konstituenten der Dunklen Materie zurück gehen würde, passt verblüffend gut zu einem diffusen Radiosignal, das der WMAP-Satellit gesehen hat. Und nämliches WIMP würde auch noch zu den – höchst umstrittenen – direkten Detektionen von DAMA und CoGeNT passen. Hmm … (Hooper & Linden, Preprint 19.11.2010. Auch Spekulationen über ein X-Teilchen, das DM und weitere Probleme gleichzeitig lösen soll, der Detektor CAST für Axionen oder Chameleons in der Sonne, andere Dunkel-Materie-Kandidaten – und ein Nullresultat von XENON 100, einem weiteren Untergrund-Experiment zur DM-Jagd)

Nachrichten aus der Raumfahrt kompakt

4. November 2010

TanDEM-X und TerraSAR-X jetzt in engem Formationsflug

Nur noch 350 Meter (und dem nächst 200 m) trennen jetzt die beiden Radarsatelliten, die damit im bistatischen Modus arbeiten können: Einer schickt die Radarpulse aus, beide empfangen sie. Interferometrisch zu Höhenkarten verarbeiten kann man zwar auch Radardaten, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten gewonnen wurden, aber nun fallen Fehlerquellen durch Veränderungen der Erdoberfläche zwischen den Überfliegungen weg. Und weil nur ein Radar aktiv sein muss, werden auch die Resourcen geschont. Ab Januar beginnen die Routinebeobachtungen, die zu einer 3D-Karte der Erde mit 12-m-Pixeln und 2 m Genauigkeit führen sollen: Die Karte aus der Shuttle Radar Topography Mission vor 10 Jahren ist dann Geschichte. (DLR Releases 19., 15., Missionsblog 19., 15., 12.10.2010; BBC 19., Spaceflight Now 17., BBC, Frankfurter Rundschau 15.10.2010. Und ein ESA Release zu gemeinsamen Radarbeobachtungen von ERS-2 und Envisat – den letzten, denn danach wurde der Envisat auf eine andere Bahn verschoben)

Die Inbetriebnahme des CryoSat ist fast abgeschlossen: Sein Radarhöhenmesser SIRAL hat sich als sehr stabil erwiesen, und die Bahnbestimmung der DORIS ist hoch genau, und auch ein kleiner Drehratensensor tut’s. (ESA, UKSA Releases 26.10.2010. Auch ein ESA Release und Space.com zur Wiederherstellung von GOCE und ESA Releases vom 2.11. und 6.10., Spaceflight Now und Space.com zum erfolgreichen Kampf von SMOS gegen Störsender)

Der Start des Umweltsatelliten Glory ist auf Februar 2011 gerutscht, wofür diesmal Probleme mit der Mechanik der Solarzellen verantwortlich sind. Der Satellit soll sich dem „A Train“ mehrerer NASA-Umweltsatelliten in nahem Formationsflug anschließen und trägt u.a. einen Sensor für die Gesamtstrahlung der Sonne – der dringend in den Orbit muss, um einen alternden auf SORCE abzulösen. (Space News 8., Universe Today 2.10.2010. Betroffen ist auch der Mit-Passagier KySat. Auch ein NASA Release zum A Train und ein JHU APL Release zu einer weiteren Missionsverlängerung für TIMED)

Satellit gestartet zur … Satelliten-Beobachtung

Wie er genau arbeiten soll, wird nicht verraten, aber er hat ein frei bewegliches 30-cm-Teleskop mit 2.4-Megapixel-Kamera und wird in das bodengebundene System der Weltraumüberwachung der USA mit Radaranlagen und optischen Teleskopen eingebunden: der Space Based Space Surveillance Satellite (SBSS), den am 25. September eine Minotaur IV mit einem spektakulären Nachtstart in Kalifornien auf einen 630-km-Orbit mit 98° Neigung brachte. Sieben Jahre soll er arbeiten und wohl vor allem Positionen von fremden Satelliten und Raumschrott messen aber vermutlich auch unbekannte Raumflugkörper identifizieren helfen. Die nächste Minotaur, für die dies übrigens der 18. Erfolg bei 18 Starts war, soll am 19. November in Alaska abheben, u.a. mit FASTSAT & Nanosail D an Bord. (Orbital, USAF Releases 26.9.2010; Spaceflight Now 6.10., Palomar Skies, Space.com, Spaceflight Now, Space Today 26.9.2010. Und ein NASA Release zum FASTSAT)

X-37B verschwunden – und wieder im Orbit aufgetaucht: Der kuriose Geheimshuttle hat erneut seine Bahn geändert („Geheimshuttle …“) und war den Amateursatellitentrackern entwischt, die schon seine Landung wähnten. Doch dann wurde er wieder gefunden, die Bahn war jetzt nur 54 km niedriger. (sUAS News 13., Universe Today 14., Strategy Page 15.10.2010.)

AEHF muss sich mit exotischem Ionenantrieb retten: Der gestrandete Satellit („Teurer …“) hat seine Bahn bislang mit kleinen Düsen angehoben, aber nun müssen die Hall Current Thrusters ran. (Spaceflight Now 17.10.2010. Auch Space News zur anhaltenden Wanderung des überraschen zähen Galaxy 15 [„Der Zombie-Satellit …“], dem hoffentlich bald der Strom ausgeht – und der dann vielleicht wieder unter Kontrolle zu bringen ist)

Erster Demonstrationsflug einer „Dragon“ am 18. November

Nach allerlei Verschiebungen soll nun bald die zweite Falcon 9 mit der ersten Dragon-Kapsel starten: eine besonders anspruchsvolle Mission, da letztere in 4 Stunden ein komplettes Flugprofil mit mehreren Erdorbits, Wiedereintritt und Fallschirmlandung vorführen soll. Space X hofft weiterhin, mit einem Erfolg die NASA so zu beeindrucken, dass die nächste Dragon gleich die ISS ansteuern darf. (Spaceflight Now 26., Space News 25., Space.com 11., Universe Today 5.10., Space News 22.9., AW&ST 30., Technology Review 25.8.2010) NACHTRAG: Der Start wurde nun auf den 7. Dezember verschoben, ohne Angabe von Gründen.

PRISMA-Rendezvous-Experimente laufen: Das Satellitenpaar Mango & Tango („Die Prisma-Satelliten …“) hat bereits – mit Hilfe eines GPS-Systems des DLR – wieder bis auf 7 m Abstand zusammen gefunden. Und im weiteren Verlauf der Technologiemission ist mittels optischer Sensoren eine Annäherung bis auf 1 m vorgesehen. (DLR-Pressemitteilung 29.9., Spaceflight Now, Space.com 25.10.2010)

Euclid vs. WFIRST: verfahrene Situation zwischen ESA und NASA

Bei der ESA ist ein Weltraumobservatorium zur Erforschung der Eigenschaften der Dunklen Energie unter den letzten drei Kandidaten („Drei Finalisten …“) für die nächste Mittelklassemission, mit einem Start vielleicht schon 2018 – und der NASA hat die Decadal Survey (siehe ISAN 117-5) als wichtigste Sternwarte im Weltraum ebenfalls eine verordnet, die sich der Dunklen Energie aber nebenher auch anderen Dingen annehmen soll, dies aber vermutlich nicht vor 2022. Da droht eine kostspielige Dopplung, und schon eine Weile wird über allerlei Optionen von gegenseitiger Beteiligung bis zu kompletter Verschmelzung der Projekte debattiert, doch eine Lösung nach wie vor nicht in Sicht. (Space Policy Online 28., 19., Space News 17., Nature Blog, Space Policy Online 16.9.2010)

Indischer Nanosatellit startet erst 2011: Jugnu („Der erste in Indien …“), an dem 45 Studenten und 12 Professoren geschraubt haben, hat erst in der 1. Jahreshälfte 2011 eine Mitfluggelegenheit bekommen. In einer 700 km hohen Polarbahn soll er trotz seiner geringen Größe echte Erdbeobachtung betreiben. (Indian Express 15.10.2010)

3037 Trümmer des chinesischen ASAT-Experiments kreisen weiter um die Erde!

97% der Bruchstücke, die der Antisatelliten-Test 2007 produzierte, sind auch 3 1/2 Jahre später noch im Orbit und machen 22% der katalogisierten Objekte im niedrigen Erdorbit aus. (Space Policy Online 15.10.2010)

Australischer Astro-Ballon-Fehlstart Folge von fehlendem Risiko-Bewusstsein: Ein umfangreicher Untersuchungsbericht über den Unfall im April („Astronomie-Ballon …“) kommt zu dem Schluss, dass einfach keiner geahnt hatte, was für Gefahren von einer über den Boden schleifenden schweren Nutzlast ausgehen kann. Viele Prozeduren werden nun verbessert – oder erstmals in Worte gefasst, denn es gab bisher erstaunlich wenig Vorschriften. Der amerikanische Startchef kannte noch nicht einmal die australische Notrufnummer … (NASA Release 22., ABC, Nature Blog 25.10.2010. Auch New Scientist Blog und Universe Today über einen Ballon-Testflug im Rahmen des Google Lunar X Prize)

Supernovae nicht die Antwort: Wie soll man die Dunkle Energie ergründen?

26. Oktober 2009

Drei astrophysikalische Messverfahren, eins so aufwändig wie das andere, werden derzeit diskutiert, um der Natur der vor knapp 12 Jahren entdeckten Dunklen Energie des Universums endlich auf die Spur zu kommen, d.h. mehr und mehr der vorgeschlagenen Interpretationen ausschließen zu können. Laut einem aktuellen Review von R. Massey (Nature 461 [8.10.2009]) ist ausgerechnet der Klassiker auf dem absteigenden Ast: Zwar verrät die Helligkeit von Supernovae des Typs Ia in Abhängigkeit von ihrer Entfernung eigentlich die zeitliche Entwicklung der kosmischen Expansion – die in jedem Modell für die DE eine andere ist – auf ziemlich direktem Wege, doch diese Sternexplosionen sind eben nicht alle exakt gleich hell. Und die Abweichungen aufgrund der Sternchemie und -umgebung lassen sich wohl nicht so präzise berechnen, wie man es gerne hätte.

Damit hat auch die Idee eines Satellitenobservatoriums, das allein diesen Supernovae gewidmet würde, an Attraktivität verloren, und die geplante Joint Dark Energy Mission soll bereits mehrere Techniken verbinden. Alternative Wege zur Dunklen Energie führen über schwache Gravitationslinseneffekte (aber dafür muss man mehr über die Massenverteilung der linsenden Galaxien wissen als oft der Fall ist) und Baryonen-akustische Oszillationen (denen gerade BOSS nachspürt; siehe ISAN 95-8). Aber auch hier wachsen schon wieder Zweifel, wie gut die beobachtbaren Galaxien eigentlich das ursprüngliche Schallwellenmuster des Jungkosmos nachzeichnen. Es ist immer dasselbe, lamentiert Massey: Ein neues Verfahren wird postuliert, große Aufregung, dann Ernüchterung. Er würde im Moment am ehesten auf die Gravitationslinsen setzen. NACHTRAG: ein Berkeley Feature über die Methoden in 3 Teilen – und JDEM geht es gar nicht gut, trotz Internationalisierung …