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Autor: Ingo Froeschmann / 06. Juni 2006, 22:37 Uhr

Satellit für die vierte Dimension

Eine exotische Theorie, die eine vierte Raumdimension postuliert und so verschiedenste Gesetze der Physik vereinigen soll könnte mit einem Satelliten getestet werden, der schon 2007 starten kann.

New Scientist
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Theorien dieser Art sind sehr schwer zu verifizieren. Eine neue Studie gibt jedoch Anlass zur Vermutung, dass diese versteckten Dimension Tausende von kleinen Schwarzen Löchern in unserem Sonnensystem entstehen lassen. Die Theorie könnte innerhalb weniger Jahre in der Umlaufbahn des Pluto getestet werden.

Dana Berry

Künstlerische Darstellung eines Gammastrahlenausbruchs
(Bild: Dana Berry)
Schwarze Löcher verschiedener Größe, so eine Theorie, sind durch das Zusammenballen von Elementarteilchen innerhalb der ersten Sekunde nach dem Urknall entstanden. Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie sollten die kleinsten dieser Schwarzen Löcher bereits durch den Prozess der Hawking Strahlung verdampft sein.

Nach einigen alternativen Theorien, welche die Gravitation mit der Quantenmechanik (z. B. der String-Theorie) zu vereinigen suchen, könnten Schwarze Löcher immer noch existieren. Der Grund sind Theorien, die zusätzliche räumliche Dimensionen vorschlagen, in denen sich die Gravitationskraft anders verhält. Die Allgemeine Relativitätstheorie postuliert drei räumliche Dimensionen und die Zeit.

„Diese zusätzliche räumliche Dimension verändert die Geschwindigkeit, mit der ein Schwarzes Loch strahlt, die Verdampfung verlangsamt sich also deutlich“, sagt Charles Keeton, ein Physiker an der Rutgers University in New Jersey.

Keeton und sein Kollege Arlie Petters von der Duke University in North Carolina haben die Anzahl der noch existierenden Schwarzen Löcher errechnet und wie sie gefunden werden könnten.

Die Theorie die sie verwenden, sie nennt sich „Randall-Sundrum braneworld model“, geht davon aus, dass unser 3D-Universum in einem größeren Universum mit einer weiteren Dimension existiert.

Ihre Berechnungen basieren auf Schwarzen Löchern, von denen jedes nur die Masse eines kleinen Asteroiden besitzt. Angenommen diese Objekte besitzen ein Prozent der Masse der benachbarten Dunklen Materie – deren Existenz nur durch Gravitationswirkung auf normale Materie erkannt werden kann – dann könnten mehrere Tausend Schwarze Löcher in unserem Sonnensystem existieren. Und nicht nur das: „Die nächstgelegenen sollten sich innerhalb der Umlaufbahn des Pluto befinden“, sagt Keeton.

Die Forscher glauben, dass diese Schwarzen Löcher bald entdeckt werden. Ihre Anziehungskraft sollte das Licht in ihrer Nähe krümmen, so dass Licht das eine Seite des Schwarzen Lochs passiert länger unterwegs ist als das Licht auf der anderen Seite des Schwarzen Lochs. Dieser Zeitunterschied ist extrem klein, so dass die einzige Chance es zu messen in Lichtwellen besteht, deren Periode (die Zeit, in der das Licht eine Wellenlänge zurücklegt) kleiner ist als die durch das Schwarze Loch verursachte Verzögerung.

Das Licht der flüchtigen Gammastrahlenausbrüche (gamma ray burst, GRB) hat genau die richtige Periode für diesen Test. Die GRBs enthalten energiereiche Gammastrahlung, die wahrscheinlich durch den Tod oder den Zusammenstoß von sehr schweren Sternen erzeugt wird.

Das Licht, das auf verschiedenen Wegen das Schwarze Loch passiert, wird anschließend wieder zusammengeführt und zeigt ein Interferenzmuster. „Die Krümmung des Lichts durch das Schwarze Loch bringt das Energiespektrum durcheinander, so dass in einigen Bereichen viele Photonen auftreten und in anderen sehr wenige“, sagt Keeton.

Die zur Zeit betriebenen Teleskope können die Theorie nicht testen, da sie die dafür notwendigen hochenergetischen Gammastrahlen nicht beobachten können. Der NASA-Satellit GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope), dessen Start für August 2007 geplant ist, kann die Gammastrahlung jedoch beobachten. „Sollten wir das erwartete Signal sehen, dann wäre die nahe liegende Erklärung die Existenz winziger Schwarzer Löcher“, sagt Keeton.

Die Forscher müssten anschließend die Daten analysieren, um die Masse der Schwarzen Löcher zu ermitteln. „Ist diese unterhalb einer bestimmten Grenze, dann können wir daraus schließen, dass es Schwarze Löcher innerhalb der allgemeinen Relativität nicht geben kann, da sie inzwischen verdampft sind“, sagt Keeton.

„Wir glauben, dass wir eine genaue Vorhersage für eine astronomische Messung machen können, die dann eine Untersuchung der vierten Dimension ermöglichen würde.“
 
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