Wieso ist das Universum eigentlich schwarz?

[Realfreak]

Na kann mir das jemand erklären? :)

Gruss

Real Freak

[modelkiller]

Hab mal was ausgegraben, hört sich gar nicht so unschlüssig an:

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Warum ist der Himmel in der Nacht schwarz?
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Die Frage, warum es nachts dunkel ist, wenn es doch nahezu unendlich viele Sterne gibt, ist ein recht altes Problem, das schon im 17. Jahrhundert diskutiert wurde und durch Olbers 1823 populär wurde. Das Olberssche Paradoxon fragt nämlich, warum der Nachthimmel nicht hell erscheint, wenn das Universum unendlich groß ist und es überall ähnlich viele Sterne gibt wie in unserer Umgebung. Olbers vermutete, dass es zwischen den Sternen lichtverschluckende Materie geben müsse, was aber aus heutiger Sicht nicht als Lösung in Frage kommt. Wir wissen mittlerweile, dass das Universum relativ jung ist und wir daher nicht alle Sterne sehen können. Wir leben praktisch lediglich in einem "sichtbaren Universum", das nur ein Bruchteil des wirklichen Universums sein muss. Und das Sternenlicht in diesem "sichtbaren Universum" reicht nicht für einen hellen Nachthimmel aus. Zusätzlich wird durch die Expansion des Universums das Licht entfernter Sterne ins Rote verschoben und das - je nach Entfernung - in einen nicht-sichtbaren Bereich des Spektrums. (ds/24. September 2002)

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[modelkiller]

Noch mehr :

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Das Nichts hat einen Namen
Wimps, unsichtbar, nicht zu fassen und dennoch aus Materie, sollen 80 Prozent des Dunkels unseres Universums ausmachen
VON JOACHIM LAUKENMANN

Rom - Sie führen eine Existenz im Dunkeln. Und regieren von dort aus die ganze Welt. Nun will eine Gruppe von Physikern erstmals einen Wink dieser heimlichen Herrscher gesehen haben. Beobachtungen in einem Untergrundlabor östlich von Rom betrachten die Forscher fast schon als Beweis dafür, dass Myriaden unsichtbarer Teilchen, so genannter Wimps, durch das gesamte Weltall strömen und den mit Abstand grössten Anteil aller Materie im Universum stellen.
Nicht die Sterne in den Galaxien, nicht die Planeten und auch nicht der Stoff, aus dem wir Menschen sind, wären - universal gedacht - die Normalität. Eine von allem, was wir kennen, völlig verschiedene Substanz würde das Universum dominieren: ein unsichtbarer See aus Wimps, flüchtigen Teilchen von etwa der Masse eines Eisenatoms, die noch in keinem Labor hergestellt werden konnten, von denen aber in jeder Sekunde Milliarden klammheimlich durch unseren Körper jagen sollen.

Die Physiker sind der dunklen Materie seit 70 Jahren auf der Spur

In ihrer Masse würden uns die Wimps vollends zur Randerscheinung im Kosmos degradieren. Sie wären die Vollendung der kopernikanischen Revolution, seit der die Erde nicht mehr im Zentrum des Universums steht. «Wenn sich die Hinweise definitiv bestätigen», schreibt das italienisch-chinesische Forscherteam in einer Erklärung, «wäre dies eine Entdeckung von historischer Bedeutung.»
Die Mitteilung der so genannten Dark-Matter-Forschungsgruppe (Dama) um die italienische Astrophysikerin Rita Bernabei hat - wie immer in solch revolutionären Fällen - unter den Experten grosse Skepsis und eine lebhafte Diskussion ausgelöst.
Zweifel an den Ergebnissen des Dama-Experiments haben vor allem amerikanische Wissenschafter angemeldet. Auf einer Tagung über die «Quellen und den Nachweis von dunkler Materie im Universum», die Ende Februar in Kalifornien stattfand, haben sie die ersten Ergebnisse ihres Experiments mit Namen Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) vorgestellt. Im Gegensatz zu den italienischen Astrophysikern halten sie es für sehr unwahrscheinlich, dass ihr Detektor einen Wink der Wimps gesehen hat.
«Beide Gruppen arbeiten sehr gewissenhaft», sagt Klaus Pretzl von der Universität Bern, dessen Forschergruppe zurzeit das Orpheus-Experiment zur Suche nach dunkler Materie startklar macht: «Da steht jetzt ein Resultat gegen das andere.» Auch Philippe Jetzer, Astrophysiker an der Universität Zürich, ist skeptisch: «Das Ganze ist wirklich an der Grenze der Forschung. Aber die Diskussion bringt Bewegung ins Gebiet. Das ist das Positive an der Sache.»
Bewegung tut auch Not. Denn schon seit rund 70 Jahren sind die Physiker der dunklen Materie im Weltall auf der Spur - und tappten dabei buchstäblich im Dunkeln. Bereits 1933 schätzte der Schweizer Astrophysiker Fritz Zwicky die Masse des so genannten Coma-Galaxienhaufens ab, einer Ansammlung von über tausend Galaxien. Im Coma-Haufen kreisen die Galaxien wie ein Mückenschwarm umeinander, und zwar so schnell, dass der Haufen längst auseinander geflogen sein müsste - es sei denn, in und um den Coma-Haufen ist eine unsichtbare Form von Materie vorhanden, die den Galaxienschwarm durch ihre Schwerkraft zusammenhält. Diese Erkenntnis von Zwicky schien damals so unglaublich, dass sie jahrzehntelang ignoriert wurde.
Überraschend war auch die Entdeckung, dass jede einzelne Galaxie von einer - vermutlich kugelförmigen - Hülle dunkler Materie umgeben ist. Heute sind die Physiker sogar der Ansicht, dass 90 bis 99 Prozent der Materie im Universum schwarz sind wie die Nacht. Fragt sich nur: Was ist das für ein geheimnisvoller Stoff, der sich allein durch seine Schwerkraft bemerkbar macht, aber den Teleskopen der Astronomen verborgen bleibt?
Vor wenigen Jahren meinte eine Gruppe von Astronomen, sie hätte die dunkle Materie in Form von ausgebrannten Sternen und grossen Planeten entdeckt, den so genannten Machos (Massive Astrophysical Compact Halo Objects). Die Macho-Forscher nutzen den so genannten Gravitationslinseneffekt aus: Immer wenn ein Macho vor einem entfernten Stern vorbeifliegt, bündelt er das Licht des Sterns wie ein Linse. Der Stern blitzt für einen Moment auf, und aus der Art und Dauer des Lichtblitzes können die Astronomen auf die Masse des unsichtbaren Machos schliessen.
Die anfängliche Euphorie der Macho-Gruppe ist mittlerweile verflogen. Nur etwa 15 Prozent der dunklen Materie werden den Machos zugesprochen. Gewöhnliche Materie als Hauptkandidat ist damit out. Als Alternative bleiben nur exotische Teilchen, die in grosser Zahl aus dem Urknall hervorgegangen sein sollen und möglicherweise auch heute noch durchs Weltall schwirren.

Die Wimps jagen mit einer Million Kilometer pro Stunde durchs All

Die Favoriten unter den Exoten sind die «Weak Interacting Massive Particles», die schwach wechselwirkenden massiven Teilchen, kurz Wimps. Zum Leid der Astronomen sind Wimps unsichtbar, jagen mühelos durch die gesamte Erde und sind daher äusserst schwierig in den Griff zu kriegen.
Dafür bieten sie alles, was das Kosmologenherz begehrt: Im jungen Universum hätten sie als Geburtshelfer die Entstehung von Galaxien unterstützt, und heute bewahren sie mit ihrer Schwerkraft die Galaxien und Galaxienhaufen vor dem Bersten - zumindest, wenn sie rund 80 Prozent der gesamten Materie des Weltalls stellen. Dann sollte - auf das ganze Universum hochgerechnet - im Volumen einer Kaffeetasse mindestens ein solcher Wimp vorhanden sein.
Die Konstruktion einer Wimp-Falle gehört zur hohen Kunst der Teilchenjagd. Mit einem 100 Kilogramm schweren Detektor aus Natrium-Jodid-Kristall meinen die Dama-Forscher um Bernabei das Kunststück vollbracht zu haben. Zum Schutz vor der kosmischen Höhenstrahlung, die mit den Wimps verwechselt werden kann, steht das Dama-Experiment im Gran-Sasso-Labor rund 1400 Meter unter den italienischen Apenninen. Wenn ein Wimp im Detektor stecken bleibt, sollte er sich dort mit einem kleinen Lichtblitz verraten.
Zur Freude der Dama-Forscher registriert ihr Detektor ein jährliches Auf und Ab an Lichtblitzen. Genau das wird von den Wimps erwartet. Mitsamt dem Sonnensystem fliegt die Erde nämlich im Gegenwind der Wimps, die mit rund einer Million Kilometer in der Stunde durch die Milchstrasse jagen. Beim Umlauf um die Sonne müsste der Gegenwind, den die Erde abkriegt, im einen Halbjahr stärker, im anderen schwächer sein, je nachdem, ob die Erde in Windrichtung oder dagegen um die Sonne kreist. Und je stärker der Wimp-Wind, desto mehr Wimps sollten im Detektor stecken bleiben.
Die saisonale Schwankung in der Detektionsrate könnte leider auch eine banale Erklärung haben. Gewöhnliche Neutronen, die beim radioaktiven Zerfall von Radon im Gestein um das Gran-Sasso-Labor frei werden, sind den Wimps zum Verwechseln ähnlich. Der Zerfall von Radon ist temperaturabhängig, und folglich müssten die Neutronen - wie von der Dama-Gruppe gemessen - im Sommer mehr Signale im Detektor hinterlassen als im Winter.
«Das von Dama gesehene Signal ist sehr nahe an der Empfindlichkeitsschwelle des Detektors», sagt Pretzl. «Und da passieren immer sehr unschöne Sachen. Jetzt braucht es noch mehr von diesen Experimenten, um Klarheit zu schaffen.» Ein gutes Dutzend Wimp- Detektoren sind derzeit im Bau oder schon im Betrieb. In ein oder zwei Jahren, meint Pretzl, sollten wir wissen, wie es um die Wimps steht.
Dann werden wir auch im Bilde sein, ob wir gerade die Vollendung der kopernikanischen Revolution live miterleben - oder eben doch aus hundsgemeinem Stoff geschaffen sind.

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[Vedek Bareil]

Originally posted by modelkiller
Wir wissen mittlerweile, dass das Universum relativ jung ist und wir daher nicht alle Sterne sehen können. Wir leben praktisch lediglich in einem "sichtbaren Universum", das nur ein Bruchteil des wirklichen Universums sein muss. Und das Sternenlicht in diesem "sichtbaren Universum" reicht nicht für einen hellen Nachthimmel aus. Zusätzlich wird durch die Expansion des Universums das Licht entfernter Sterne ins Rote verschoben und das - je nach Entfernung - in einen nicht-sichtbaren Bereich des Spektrums. (ds/24. September 2002)
das ist so nicht ganz richtig :)

Es ist nämlich nicht so, daß die kosmologische Rotverschiebung zusätzlich zum endlichen Alter des Universums zur Dunkelheit der Nacht beitragen würde. Würde man sich die Rotverschiebung wegdenken, so wäre der Nachthimmel trotz des endlichen Alters des Universums sehr hell. Das kann man sich leicht überlegen: im frühen Universum waren die Sterne sehr viel dichter beisammen als heute. Deswegen könnte uns heute von sehr vielen Sternen Licht erreichen und den Nachthimmel erhellen - wenn die Sache nicht die wäre, daß das Licht ferner Sterne gegen die Expansion des Raumes anlaufen muß.
Dieses Anlaufenmüssen gegen die Expansion sorgt dafür, daß uns das Licht von Sternen, die in der Frühzeit des Universums z.B. nur 1 Million Lichtjahre von uns entfernt waren, bis heute, Milliarden Jahre später, noch nicht erreichen konnte. Und trägt auf diese Weise zur Dunkelheit des Nachthimmels bei.

Dieses Anlaufenmüssen ist aber gerade identisch mit der kosmologischen Rotverschiebung! Die beruht nämlich darauf, daß zwei Wellenberge eines Lichtstrahls durch die Expansion des Raumes auseinandergezogen werden.
Es sind also nicht zwei verschiedene additive Effekte, die für den dunklen Nachthimmel sorgen, sondern nur ein einziger.

BTW dachte ich eigentlich weniger, daß es dem OP um die Dunkelheit des Universums geht, sondern eher darum, weshalb wir diese Dunkelheit als schwarz wahrnehmen. Und das liegt wahrscheinlich in der Funktionsweise unserer Augen begründet :)

[betasilie]

Originally posted by Vedek Bareil
BTW dachte ich eigentlich weniger, daß es dem OP um die Dunkelheit des Universums geht, sondern eher darum, weshalb wir diese Dunkelheit als schwarz wahrnehmen. Und das liegt wahrscheinlich in der Funktionsweise unserer Augen begründet :)
Der Spektralbereich, den wir wahrnehmen können, ist schon ziemlich beschränkt und was die Empfindlichkeit der Rezeptoren auf unserer Netzhaut angeht sieht es auch nicht so gut aus.

Schwarz ist schon ziemlich relativ. ;)

[Realfreak]

Wenn man es mal so nimmt, ist der Nachthimmel eher Dunkelblau für mich gerade wenn man viele Sterne sieht!
Aber was ich meine, Wieso ist da diese endlose Tiefe Schwärze im Weltraum?

[aths]

Originally posted by Realfreak
Aber was ich meine, Wieso ist da diese endlose Tiefe Schwärze im Weltraum? Ich würde so ansetzen:

"Wie ist 'schwarz' überhaupt definiert?"

Die Antwort auf diese Frage beantwortet im Prinzip dann auch deine.

[Realfreak]

Dunkel :)

[JTHawK]

Schwarz ist keine Farbe sondern kein sichbares Licht.

[Rangy]

Originally posted by Realfreak
Aber was ich meine, Wieso ist da diese endlose Tiefe Schwärze im Weltraum?
Weil nichts da ist, was das Licht reflektiert.