Physiker suchen im Zentrum der Milchstraße nach noch unbekannter fünfter Naturkraft


Archiv: Blick auf das Zentrum der Milchstraße

Copyright: Sebastian Voltmer, astrophoto.de

Los Angeles (USA) – Unser Bild davon, wie das Universum funktioniert, basiert auf der Kenntnis von vier Grundkräften der Physik. Da diese jedoch nicht gänzlich ausreichen, um alle Merkmale und das Verhalten des beobachtbaren Universums zu beschreiben, bedienen sich Wissenschaftler dem hypothetischen Konstrukt, der sogenannten Dunklen Materie, um jene Eigenschaften zu erklären, die bisherige Modelle nicht beschreiben können. Andere Wissenschaftler spekulieren schon länger über eine weitere, fünfte, bislang jedoch noch unbekannte Naturkraft – und wollen Hinweise darauf nun im Zentrum unserer Milchstraße suchen.

Bei den bislang bekannten vier Grundkräften handelt es sich um die Schwerkraft (Gravitation), Elektromagnetismus sowie die starken und die schwachen Kernkräfte. Letztere halten – laut dem Standardmodell der Physik – die Atomkerne zusammen und erlauben es bestimmten Atomen radioaktiv zu zerfallen, während die elektromagnetische Kraft unsere Moleküle und die Gravitation ganze Planeten, Planetensysteme und Galaxien zusammenhalten.

Bis auf die Gravitation, ist es uns Menschen bereits gelungen, alle Grundkräfte (mehr oder weniger) zu erzeugen bzw. zu kontrollieren. Hinzu kommt, dass die bislang beschriebene Gravitation offenbar nicht alles so beschreibt, wie es tatsächlich ist und es beispielsweise im Universum mehr Gravitation gibt, als alle uns bekannte, sichtbare Materie erzeugen könnte.

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Um diese Lücke in unserer derzeitigen Kosmologie zu schließen, bedienen sich Physiker sogenannter “Dunkler Materie”, deren Existenz zwar bislang trotzt neuster Technologien noch nicht eindeutig direkt nachgewiesen werden konnte, die dafür aber die überschüssige Gravitation im Universum erklären soll.

Statt aber einer (bislang) rein hypothetischen “Kraft” zu vertrauen oder – wie dies einige weinige Wissenschaftler sogar immer wieder vorschlagen – der Gravitation sogar den Rang einer Naturkraft abzusprechen, sind andere Forscher von der Existenz einer weiteren, fünften, bislang aber noch nicht entdeckten Naturkraft überzeugt, die mit der Gravitation in Zusammenhang steht.

Wie das Team um Andrea Ghez von der Galactic Centre Group an der University of California Los Angeles (UCLA) aktuell im Fachjournal “Physical Review Letters” (DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.211101) berichtet, stützen sie ihre Theorie auf die Existenz supermassereicher Schwarzer Löcher, die “unsere bisherigen Vorstellungen davon, wie unser Universum funktioniert in Frage stellen, da sie nur unvollständig erklären kann, was diese Objekte eigentlich sind.”

Um jedoch ihre fünfte Grundkraft nicht ebenfalls nur auf rein theoretische Grundlagen zu stellen, suchen Ghez und Kollegen nun nach direkten Hinweisen auf genau jene von ihnen zur Diskussion gestellte fünfte Kraft.

Der beste Ort für diese Suche seien jene Orte, an dem der Einfluss der Gravitation so stark ist, dass die gesuchten Hinweise vergleichsweise leicht zu finden sind: Anhand von ultrascharfen Aufnahmen des Zentrums unserer Galaxie, der Milchstraße, mit dem Keck Observatorium auf Hawaii wollen die Wissenschaftler die Umlaufbahnen von Sternen in der Nähe des dortigen supermassereichen Schwarzen Lochs untersuchen und den Einfluss der Gravitation auf die Bewegung dieser Sterne messen:

“In dem wir beobachten, wie sich diese Sterne über 20 Jahre lang hinweg bewegen, können wir anhand der Keck-Daten deren Bewegungen genau nachvollziehen und sie mit dem, was wir von der Gravitation wissen, in ein Verhältnis setzen.”

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Von besonderem Interesse ist für die Forscher dabei ein kosmisches Ereignis, das im kommenden Jahr erwartet wird, wenn ein Stern mit der Bezeichnung SO-2 dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie so nah wie noch nie zuvor beobachtet kommt, nur 15 Jahre für dessen Umrundung benötigt (zum Vergleich: Unsere Sonne benötigt dafür 200 Millionen Jahre) und das Schwarze Loch dann mit maximaler Kraft an dem Stern ziehen wird.

Sollten sich während der Beobachtung irgendwelche Abweichungen von dem aufzeigen, was die Allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt, so wären das sehr gute Hinweise auf eine weitere Kraft: “Sollte Gravitation also von etwas anderem angetrieben werden als von Einsteins Definitionen, sollten sich kleinen Variationen in der Umlaufbahn der dem Schwarzen Loch nahen Sterne zeigen.”

Tatsächlich ist es nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler konkret nach Hinweisen auf eine fünfte Kraft suchen oder diese sogar schon gefunden haben wollen:

– In Experimenten (2016) hatten ungarische Physiker eine Anomalie bei radioaktivem Zerfall beobachtet und glaubten darin Hinweise auf ein neues Elementarteilchen gefunden zu haben. US-Kollegen sahen darin sogar Belege für eine weitere, fünfte und bislang übersehene Grundkraft der Natur (…GreWi berichtete).

– Zuvor (2013) hatten US-Astronomen bei der Kartierung der Masseverteilung einer gewaltigen galaktischen Kollision, “deutliche Hinweise auf eine bislang unbekannte Kraft (gefunden), die offenbar nur auf sogenannte Dunkle Materie einwirkt” (…GreWi berichtete).

– 2011 hatten Physiker am “Fermi National Accelerator Laboratory”, mit dem damals noch größten Teilchenbeschleuniger “Tevatron” ebenfalls eine bis dahin unbekannte Form von Elementarteilchen entdeckt und über eine unbekannte physikalische Kraft spekuliert (…GreWi berichtete).

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