Eigentlich wollten die USA nur überprüfen, ob sich auch alle Beteiligten an den Partiellen Teststopp-Vertrag halten, der bestimmte Atomwaffentests und andere Kernexplosionen verbot: Dafür wurden in den 1960er-Jahren die Vela-Satelliten in hohe Erdumlaufbahnen geschickt. Doch zunächst fanden diese Satelliten keine Anzeichen auf geheime Kernwaffen-Tests, sondern mysteriöse helle Lichter aus dem All: Diese Gammablitze leuchteten im hochenergetischen Gammastrahlenbereich sekundenlang auf, bevor sie wieder verblassten. Sie schienen von überall her aus dem All zu kommen – was steckte dahinter?

Heute wissen wir: Gammablitze kommen von sehr weit weg, zum Glück, möchte man sagen: Denn würde ein Gammablitz von nebenan auf die Erdatmosphäre treffen, hätte das drastische Auswirkungen auf die Erde und auf das Leben auf ihrer Oberfläche. Ein solcher Gammablitz könnte ein Massenaussterben auslösen – und vielleicht ist das in der Vergangenheit schon einmal passiert.

In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte der Gammablitze und was wir über sie bereits wissen. Und sie erzählt vom 9. Oktober 2022, als der bislang hellste jemals gemessene Gammablitz namens GRB 221009A auf die Erdatmosphäre traf, Spitzname: BOAT – brightest of all time.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

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• Gamma Ray Bursts

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Es schützt uns vor gefährlichen Ausbrüchen der Sonne und zaubert Polarlichter an den Himmel: Heute wissen wir, dass wir dem Magnetfeld der Erde eine Menge verdanken. Tatsächlich aber dauerte es 2500 Jahre, um zu verstehen, wie es entsteht.

Karl erzählt in dieser Folge des Podcasts, wie das Erdmagnetfeld über die Jahrhunderte immer genauer untersucht wurde, ohne dass Forscherinnen und Forscher ihm wirklich auf die Schliche kommen konnten. Beginnend vom ersten Kompass im alten China, über erste Versuche mit runden Magneten bis zur Entdeckung des Elektromagnetismus im 19. Jahrhundert: Der Geodynamo tief im Erdinnern weigerte sich, seine wahre Natur zu zeigen.

Am Ende brauchte es tief gehende Erkenntnisse aus der Geologie und Supercomputer, um dem Erdmagnetfeld mit seinen verwirrenden Schwankungen und Umpolungen auf die Schliche zu kommen.

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• Das Erdmagnetfeld

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Warum scheint unsere Sonne? Antwort: Kernfusion! Tief in ihrem Innern verschmelzen also unter anderem Atomkerne des Wasserstoffs zu Helium. Doch Forschende wollten sich in den 1960er Jahren nicht nur mit schönen Erklärungen begnügen, sondern eine so schlüssige Erklärung auch experimentell überprüfen: zum Beispiel mit einem unterirdischen Tank in der Homestake-Mine in South Dakota, der, gefüllt mit chemischem Reinigungsmittel, darauf wartete, dass ab und an ein Neutrino von der Sonne vorbeikäme.

Denn unsere Sonne erzeugt bei der Kernfusion auch Neutrinos – und diese wollten Forscherinnen und Forscher finden und zählen. Das gelang ihnen auch. Doch leider kamen in den irdischen Neutrinodetektoren nur rund ein Drittel der erwarteten Neutrinos an. War gar die Sonne kaputt? Hatte man doch nicht verstanden, warum die Sonne scheint? Oder war das Problem ganz woanders zu verorten – vielleicht waren die Neutrinos selbst schuld?

Franzi erzählt Karl in dieser Ausgabe des AstroGeo Podcasts vom Rätsel der fehlenden Sonnen-Neutrinos – und zur Beruhigung: Nein, unsere Sonne war wohl doch nicht kaputt.

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• Unsere Sonne

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Quelle: Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina 4. Oktober 2022.

4. Oktober 2022 – Der Präsident der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina Gerald Haug beglückwünscht Anton Zeilinger zu dieser hohen Auszeichnung: „Der diesjährige Physiknobelpreis würdigt bedeutsame Forschungsergebnisse, die den Grundstein für eine neue Ära der Quantentechnologie gelegt haben. Wir freuen uns, dass mit Anton Zeilinger ein Leopoldina-Mitglied aus Österreich unter den Laureaten ist.“

Anton Zeilingers Forschung führte zu neuen Erkenntnissen in der Quantentechnologie und zu einem neuen Verständnis in der Interpretation der Quantenmechanik. Er lieferte Arbeiten zu Quanteninformation und Quantenkryptografie. 1997 gelang ihm die Demonstration der Verschränkung von mehr als zwei Teilchen, auch Quantenteleportation genannt. Dabei findet eine direkte Übertragung des Zustands eines Lichtteilchens unter Überwindung von Zeit und Raum statt. Dieser Vorgang ist ein Verfahren der Quantenkommunikation, bei dem keine Teilchen im klassischen Sinn von einem Ort zum anderen übertragen werden, sondern lediglich ihr Quantenzustand. Weitere Entwicklungen führten schließlich zur Quantenkryptografie, die sich ebenfalls der Verschränkung von Teilchen bedient. Diese Technik ermöglicht abhörsichere Verschlüsselungen von Nachrichten und Datenübertragungen.

Anton Zeilinger (Jahrgang 1945) studierte Physik und Mathematik an der Universität Wien (Österreich), wo er 1971 promoviert wurde. Nach seiner Habilitation 1979 forschte und lehrte Zeilinger unter anderem am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston (USA), an der Technischen Universität München, in Oxford (UK) und in Paris (Frankreich). 1999 wurde er als Ordentlicher Professor für Experimentalphysik an die Universität Wien berufen. 2013 bis 2022 war er Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Zeilinger wurde für seine Forschung vielfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Descartes-Preis (2005), mit der Isaac-Newton-Medaille (2008), dem Wolf-Preis für Physik (2010) sowie dem kanadischen John Stewart Bell Prize (2017). Zeilinger ist seit 2005 Mitglied der Leopoldina. Er war Mitautor der 2015 erschienenen Leopoldina-Stellungnahme „Perspektiven der Quantentechnologie”.

Der Nobelpreis für Physik ist derzeit mit insgesamt zehn Millionen schwedischen Kronen (umgerechnet rund 920.000 Euro) dotiert. Das Preisgeld erhalten die drei Preisträger zu gleichen Teilen. Alle Nobelpreise werden den Preisträgerinnen und Preisträgern traditionell am 10. Dezember überreicht, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel.

Die Leopoldina hat mehr als 1.600 Mitglieder, darunter sind nunmehr 36 Nobelpreisträgerinnen und Nobelpreisträger.

Über die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
Als Nationale Akademie der Wissenschaften leistet die Leopoldina unabhängige wissenschaftsbasierte Politikberatung zu gesellschaftlich relevanten Fragen. Dazu erarbeitet die Akademie interdisziplinäre Stellungnahmen auf der Grundlage wissenschaftlicher Erkenntnisse. In diesen Veröffentlichungen werden Handlungsoptionen aufgezeigt, zu entscheiden ist Aufgabe der demokratisch legitimierten Politik. Die Expertinnen und Experten, die Stellungnahmen verfassen, arbeiten ehrenamtlich und ergebnisoffen. Die Leopoldina vertritt die deutsche Wissenschaft in internationalen Gremien, unter anderem bei der wissenschaftsbasierten Beratung der jährlichen G7- und G20-Gipfel. Sie hat 1.600 Mitglieder aus mehr als 30 Ländern und vereinigt Expertise aus nahezu allen Forschungsbereichen. Sie wurde 1652 gegründet und 2008 zur Nationalen Akademie der Wissenschaften Deutschlands ernannt. Die Leopoldina ist als unabhängige Wissenschaftsakademie dem Gemeinwohl verpflichtet.

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• Quantenkommunikation im Weltraum?

Der Beitrag Leopoldina-Präsident Gerald Haug gratuliert Leopoldina-Mitglied Anton Zeilinger zum Nobelpreis für Physik erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Alexander von Humboldt-Stiftung 4. Oktober 2022.

4. Oktober 2022 – Die Alexander von Humboldt-Stiftung beglückwünscht Alain Aspect und Anton Zeilinger zur Auszeichnung mit dem Physik-Nobelpreis, den sie gemeinsam mit John F. Clauser erhalten. Die drei Quantenforscher werden „für ihre bahnbrechenden Experimente mit verschränkten Photonen, mit denen sie die Verletzung der bellschen Ungleichung nachwiesen und Pionierarbeit in der Quanteninformatik leisteten“ geehrt, so das Nobelpreiskomitee. Die Ergebnisse hätten den Weg geebnet für neue, auf Quanteninformation basierende Technologien.

Insgesamt haben nun bereits 59 Forscher*innen aus dem weltweiten Netzwerk von Geförderten der Humboldt-Stiftung einen Nobelpreis erhalten.

Alain Aspect, geboren 1947 in Frankreich, ist Professor für Physik an der Université Paris-Saclay und der École Polytechnique, Frankreich. Bereits 1999 wurde er mit dem Humboldt-Forschungspreis ausgezeichnet und kooperierte als Preisträger mit Kolleg*innen im Fachbereich Physik der Universität Konstanz.

Anton Zeilinger, geboren 1945 in Österreich, forscht an der Universität Wien, war 2013 bis 2022 Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und wurde 2001 mit dem Humboldt-Forschungspreis ausgezeichnet. Als Humboldt-Preisträger war Zeilinger am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin und an der Universität Potsdam zu Gast. Im Humboldt-Netzwerk ist er als Gutachter und Gastgeber für Lynen-Forschungsstipendiat*innen aktiv.

„Wir gratulieren Alain Aspect, John F. Clauser und Anton Zeilinger ganz herzlich. Ihre Arbeit läutete eine neue Ära der Quantentechnologie ein und zeigt die Bedeutung von Grundlagenforschung. Und die Ergebnisse ihrer herausragenden Experimente und Arbeiten in der Quantenmechanik haben ihren Weg in erste Anwendungen bereits gefunden“, sagt der Präsident der Alexander von Humboldt-Stiftung Hans-Christian Pape. „Besonders freut uns natürlich, dass mit Alain Aspect und Anton Zeilinger zwei weitere Humboldtianer zum Kreis der Nobelpreisträger zählen.

Über die Alexander von Humboldt-Stiftung
Jährlich ermöglicht die Alexander von Humboldt-Stiftung über 2.000 Forscher*innen aus aller Welt einen wissenschaftlichen Aufenthalt in Deutschland. In weltweit über 140 Ländern pflegt die Stiftung ein fächerübergreifendes Netzwerk von mehr als 30.000 Humboldtianer*innen – unter ihnen 59 mit Nobelpreis.

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• Quantenkommunikation im Weltraum?

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Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main 30. Mai 2022 – mit freundlicher Genehmigung.

30. Mai 2022 – Schwarze Löcher sind die vielleicht faszinierendsten Objekte in unserem Universum, die nicht nur Wissenschaftler* innen in ihren Bann ziehen – im wahrsten Sinne des Wortes. Die Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs ist so extrem, das nicht einmal das Licht ihr entkommt. Doch wie kann man etwas nachweisen, das absolut unsichtbar ist?

Einer, der praktisch sein ganzes Forscherleben der Beantwortung dieser Frage gewidmet hat, ist Prof. Dr. Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching. Die vergangenen 40 Jahre hat er mit der Erforschung des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße verbracht. Am 4. Mai 2022 verfolgten rund 250 Gäste auf dem Campus Westend und im Livestream gebannt seiner Reise durch Zeit und Raum.

Wie so oft treffen wir bei dieser Reise auf Albert Einstein, der mit der Allgemeinen Relativitätstheorie bereits 1915 vorhersagte, dass auch Licht von der Gravitation abgelenkt wird. Sein Kollege Karl Schwarzschild errechnete kurz darauf, dass es sogar komplett verschwinden kann, wenn das Objekt, von dem die Gravitation ausgeht, nur kompakt genug ist. Ein Nachweis solcher astronomischen Objekte schien zu dieser Zeit jedoch absolut utopisch. Erst in den 1960er-Jahren wurden von Maarten Schmidt geeignete Kandidaten entdeckt – die sogenannten Quasare (quasi-stellare Radioquellen), die zunächst für Sterne gehalten wurden. Sie gehören zu den hellsten Objekten im Universum und befinden sich – wie man heute weiß – in unmittelbarer Nähe von Schwarzen Löchern. Etwa zur gleichen Zeit postulierten Donald Lynden-Bell und Martin J. Rees ein Schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Tatsächlich wird dort 1974 eine kompakte Radioquelle entdeckt, die den Namen Sagittarius A* (kurz Sgr A*) erhält, da sie im Sternbild Schütze (Sagittarius) zu sehen ist.

Es ist diese Radioquelle, der sich Genzel fortan widmet. In den 1990er-Jahren gelingt es ihm und seinem Team, Aufnahmen der umliegenden Sterne zu machen, deren Bewegungen über mehrere Jahre nachvollzogen werden. Dabei wird deutlich, dass ihre Bahnen durch die Anziehungskraft eines massereichen Objekts abgelenkt werden. Doch handelt es sich hierbei um ein Schwarzes Loch? Bis zum Jahr 2018 muss Genzel sich gedulden, um die Frage zufriedenstellend beantworten zu können. Dann erst würde ein Stern auf seiner errechneten Umlaufbahn zurückkehren, der die Existenz des Schwarzen Lochs Sgr A* belegen könnte. Die Wartezeit wird mit dem Bau des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte und einer immer anspruchsvolleren Verfeinerung der Messmethoden überbrückt. Schließlich gelingt Genzel mithilfe der neu entwickelten Interferometrie tatsächlich der indirekte Nachweis eines massereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße – die Erkenntnis, die im Jahr 2020 mit dem Nobelpreis für Physik gewürdigt wird.

Auch am Ende seines Vortrags kehrt Genzel wieder zu der Frage zurück „Aber ist es denn wirklich ein Schwarzes Loch?“ und bricht dabei eine Lanze für die Naturwissenschaften im Allgemeinen, die sich immer und immer wieder den gleichen Fragen zuwenden und Alternativhypothesen kleinschrittig ausschließen müssen. Abschließend lassen sich manche Fragen vielleicht nie klären. Doch mit der Veröffentlichung des ersten Bildes vom Schwarzen Loch Sgr A*, das von der Event Horizon Telescope-Kollaboration gemacht wurde – darunter auch Prof. Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität – bleibt kein Raum mehr für Zweifel.

Wer mehr über »Die Unwiderstehliche Anziehung der Schwerkraft« erfahren möchte, dem sei das gleichnamige Buch von Luciano Rezzolla empfohlen (ISBN: 978-3-406-77520-8, erhältlich im Campus-Shop). Der Frankfurter Professor für Theoretische Physik leitet unter anderem das Clusterprojekt ELEMENTS, das zu diesem Abend eingeladen hatte (https://elements.science/).

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• Die Milchstraße

Der Beitrag 40 von 14 Milliarden Jahren: Rückblick auf Reinhard Genzels Vortrag »Im Zentrum unserer Milchstraße« erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: WIN Universität Regensburg.

In der Reihe „Regensburg Research Hour“ präsentiert die Universität Regensburg einem breiten Publikum in- und außerhalb der UR kompakt und allgemeinverständlich aktuelle Forschung und Forscherpersönlichkeiten. Die Veranstaltungen der Reihe werden vom Zentrum zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses (WIN) organisiert und finden in loser Folge an Montagen von 17.00 bis 18.00 Uhr virtuell statt.

Der Nobelpreis für Physik des Jahres 2020 wurde für die Entdeckung von schwarzen Löchern vergeben. Er besteht aus zwei Teilen: Roger Penrose (Oxford/London) erhielt eine Hälfte des Preises für den mathematisch orientierten Teil, in dem gezeigt wird, dass eine hohe Materiekonzentration zu einem schwarzen Loch führen muss, auch dann, wenn die Anordnung unsymmetrisch ist. Diese Vorhersage wurde in den letzten Jahren durch astronomische Beobachtungen bestätigt: man konnte nachweisen, dass es im Zentrum unserer Galaxie, der sogenannten Milchstraße, ein schwarzes Loch gibt. Für den astronomischen Teil wurden Reinhard Genzel am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching und Andrea Ghez an der University of California in Los Angeles ausgezeichnet.

In diesem Vortrag erklärt Professor Bernd Ammann von der Universität Regensburg den mathematischen Teil – warum sich schwarze Löcher bilden können. Stefan Gillessen vom oben genannten Max-Planck-Institut erläutert die astronomischen Beobachtungen, aufgrund derer wir uns sicher sein können, dass es schwarze Löcher tatsächlich gibt.

Veranstaltungsort
Zum Online-Vortrag am 1. Februar 2021 führt dieser Link
Login ab 16.45 Uhr, Beginn um 17.00 Uhr, Ende um 18.00 Uhr.

Informationen/Kontakt
Zentrum zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses (WIN).

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

• Nobelpreis für die Erforschung Schwarzer Löcher (7. Oktober 2020)

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• Schwarze Löcher

Der Beitrag Regensburg Research Hour zum Physik-Nobelpreis 2020 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ZARM.

Als Albert Einstein vor 105 Jahren die Allgemeine Relativitätstheorie vorstellte, hatte er diese aus reinen Überlegungen über die theoretische Struktur der Physik hergeleitet. Ausgangspunkt war, dass die alte Newtonsche Gravitationsphysik im Widerspruch zu der ebenfalls von ihm aufgestellten Speziellen Relativitätstheorie stand. Kern seiner Allgemeinen Relativitätstheorie waren seine berühmten Einsteinschen Feldgleichungen. Damit konnte er z.B. die Periheldrehung des Merkurs erklären und auch die Lichtablenkung an der Sonne vorhersagen. Nimmt man seine Feldgleichungen ernst, erhält man Lösungen, die ultrakompakte Körper beschreiben, denen John Wheeler später den Namen „Schwarze Löcher“ gab. Einstein selbst hat wohl nicht an die Existenz solcher Objekte geglaubt, deren Gravitationsfeld so stark ist, dass sich kein Licht und keine Teilchen ihrer Umklammerung entziehen können. Daher erscheinen uns diese Objekte als perfekt schwarz.

In den 1990er Jahren haben unabhängig voneinander die Gruppen um die Astronomen Reinhard Genzel, MPI für Astrophysik, und Andrea Ghez, UCLA, begonnen, Sterne im Zentrum unserer Milchstraße mittels Infrarottechnologie genau zu vermessen. Dabei stießen sie auf ein erstaunliches Phänomen. Sie beobachteten Sterne, die näher am Zentrum sind, als unser Sonnensystem groß ist. Zudem ließ sich ihre hohe Geschwindigkeit nur durch die Anziehung einer sehr großen Masse erklären – genauer gesagt einer zentralen kompakten Masse von ca. 4 Millionen Sonnenmassen. Solch eine grosse Masse in so einem kleinen Volumen kann es nicht geben, es sei denn, es handelt sich um ein ultrakompaktes Objekt wie ein Schwarzes Loch. Für ihre Beobachtungen und Schlussfolgerungen zu den Eigenschaften Schwarzer Löcher haben die beiden Forscher*innen nun den Nobelpreis für Physik erhalten und zwar zusammen mit Roger Penrose für seine bahnbrechenden theoretischen Arbeiten (zum Teil in Zusammenarbeit mit Stephen Hawking). Übrigens geht der Nobelpreis für Physik erst zum vierten Mal an eine Frau.

Dieser Nobelpreis betont insgesamt die große Bedeutung des Gebietes der relativistischen Gravitation, die zum Verständnis vieler Phänomene im Universum, aber auch für praktische Anwendungen wie die Positionierung, Geodäsie und Metrologie unerlässlich ist. Er beflügelt damit auch die Forschung zu Schwarzen Löchern des Graduiertenkollegs „Models of Gravity“ mit den Sprecheruniversitäten Oldenburg und Bremen. Die Kolleginnen und Kollegen in Bremen und Oldenburg beschäftigen sich sehr intensiv mit den Eigenschaften Schwarzer Löcher, auch in verallgemeinerten Theorien der Gravitation, wie sie z.B. von Quantengravitationstheorien vorhergesagt werden. Neben vielen weiteren Dingen werden hier die bobachteten Bahnen genauestens berechnet und die Schattenwürfe Schwarzer Löcher bestimmt, wie sie auch im letzten Jahr mit dem Event Horizon Teleskop erstmalig beobachtet wurden.

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• Schwarze Löcher

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