Mit KI aus unserem englischen Quiz auf Deutsch erstellt; die Quellen verweisen auf die deutsche Wikipedia.
Dunkle Materie ist unsichtbar und verrät sich nur über ihre Schwerkraft. Sie soll erklären, warum Sterne in den Außenbereichen von Galaxien schneller kreisen, als die sichtbare Materie erlaubt. Das Quiz führt von den ersten Hinweisen bei Fritz Zwicky und Vera Rubin über die Suche in Untergrundlaboren und am LHC bis zu Kandidaten wie WIMPs und alternativen Theorien wie MOND. Die Fragen reichen von leicht bis knifflig – jede mit kurzer Erklärung.
Alle 30 Fragen mit Antworten und Erklärungen. Quiz spielen
Q 01Nahe welcher Stadt steht der LHC, an dem Forscher Dunkle Materie zu erzeugen hoffen?
Genf
Erzeugte Teilchen wären nicht direkt messbar, weil Dunkle Materie vermutlich weder elektromagnetisch noch über die starke Wechselwirkung mit herkömmlicher Materie interagiert.
Q 02Welche Auszeichnung hätte Vera Rubin nach Ansicht vieler Wissenschaftler hochverdient?
Nobelpreis
Erhalten hat sie unter anderem 1993 die National Medal of Science, 1996 die Goldmedaille der Royal Astronomical Society und 2002 den Gruber-Preis für Kosmologie.
Q 03Welcher störende Hintergrund wird im Untergrundlabor bei der Suche nach WIMPs abgeschirmt?
Kosmische Strahlung
Als WIMPs bezeichnet man schwach wechselwirkende massereiche Teilchen, die einige Theorien als Kandidaten für die Dunkle Materie bevorzugen.
Q 04Welcher Wechselwirkung unterliegen WIMPs außer der Schwerkraft?
Schwache Wechselwirkung
Die Abkürzung steht für „Weakly Interacting Massive Particles“. Solche bislang unbeobachteten Elementarteilchen lassen sich mit einer hierarchischen Entstehung des Universums vereinbaren.
Q 05Wievielmal so hoch wie der Anteil sichtbarer Materie ist der Anteil Dunkler Materie im All?
Fünfmal
Auch Photonen und Neutrinos tragen zur Energiedichte des Universums bei, sind aber gleichmäßig verteilt und an den beobachteten Gravitationseffekten nicht wesentlich beteiligt.
Q 06Welchen Galaxientyp untersuchte Vera Rubin seit 1960 auf die Umlaufgeschwindigkeit der Sterne?
Spiralgalaxien
Die Sterne müssten mit zunehmendem Abstand zum Zentrum viel langsamer umlaufen, als sie es tatsächlich tun. Seitdem wurde die Dunkle Materie ernst genommen.
Q 07Zu welcher Teilchengruppe gehören Protonen und Neutronen, die gewöhnliche Materie aufbauen?
Baryonen
Baryonische Dunkle Materie kann höchstens einen Teil der gesamten Dunklen Materie stellen; ein größerer Anteil muss nichtbaryonisch sein.
Q 08In welchem Land steht das 2020 nach Vera Rubin benannte Observatorium?
Chile
Die National Science Foundation benannte das zuvor als Large Synoptic Survey Telescope (LSST) bekannte Projekt posthum nach der 2016 verstorbenen Astronomin.
Q 09Was müsste die Umlaufgeschwindigkeit der Sterne laut Keplers drittem Gesetz nach außen hin tun?
Abnehmen
Messungen der Doppler-Verschiebung zeigen stattdessen, dass die Geschwindigkeit konstant bleibt oder sogar ansteigt – ein Hinweis auf Masse, die weder als Sterne noch als Staub oder Gas sichtbar ist.
Q 10Welche Eigenschaft heißer Gase schließt sie als Erklärung für Dunkle Materie aus?
Ständige Abstrahlung
Übrig bleibt höchstens kaltes Gas. Dagegen spricht, dass es sich durchaus erwärmen kann und selbst riesige Gasmengen nicht die benötigte Masse aufbringen könnten.
Q 11Welche Struktur aus Dunkler Materie um eine Galaxie nahm Vera Rubin als Erklärung an?
Halo
Rubin und Kent Ford fanden Umlaufgeschwindigkeiten, die mit der Entfernung vom Zentrum fast gleich bleiben, statt wie erwartet zu sinken.
Q 12Um etwa welchen Faktor ist die Masse eines Protons größer als die eines Elektrons?
1800
Protonen und Neutronen bestimmen deshalb in guter Näherung die Masse gewöhnlicher Materie, obwohl es ebenso viele Elektronen wie Protonen gibt.
Q 13Wie viel Prozent des Universums macht Dunkle Materie laut Planck-Weltraumteleskop aus?
26,8
Den größten Teil stellt die Dunkle Energie. Gewöhnliche Materie wie Atome ist etwa zur Hälfte selbstleuchtend, etwa als Sterne; der Rest sind Planeten und vor allem kaltes Gas.
Q 21Von wem stammt die umstrittene MOND-Hypothese der Modifizierten Newtonschen Dynamik?
Mordehai Milgrom
Nach ihr gilt die Äquivalenz von träger und schwerer Masse bei extrem kleinen Beschleunigungen nicht mehr.
Q 22Welcher Niederländer vermutete 1932 Dunkle Materie in der Scheibe der Milchstraße?
Jan Hendrik Oort
Er schloss dies aus der Anzahldichte und der Geschwindigkeitsverteilung verschiedener Sternpopulationen senkrecht zur Scheibe.
Q 23Das Wievielfache der sichtbaren Masse hält laut Fritz Zwicky einen Galaxienhaufen zusammen?
400
Seine Hypothese, die fehlende Masse liege als Dunkle Materie vor, stieß seinerzeit in der Fachwelt auf breite Ablehnung.
Q 14Warum galten Neutrinos lange als naheliegende Kandidaten für heiße Dunkle Materie?
Gesicherte Existenz
Nach neueren Erkenntnissen reicht ihre maximale Masse jedoch nicht aus, um das Phänomen zu erklären.
Q 15Welchen Galaxienhaufen sah Fritz Zwicky 1933 nicht allein durch sichtbare Materie gebunden?
Coma-Haufen
Der Haufen besteht aus über 1000 Einzelgalaxien mit großer Streuung der Einzelgeschwindigkeiten und entfernt sich im Mittel mit 7.500 km/s.
Q 16Welche Theorie verdoppelt die Anzahl der Elementarteilchen gegenüber dem Standardmodell?
Supersymmetrie
Ihre hypothetischen Teilchen sind meist instabil und zerfallen in das leichteste unter ihnen, das LSP – möglicherweise das leichteste der vier Neutralinos.
Q 17Welcher Galaxienhaufen lieferte 2006 den bislang stärksten Hinweis auf Dunkle Materie?
Bullet-Cluster
Verglichen wurden dort der Gravitationslinseneffekt, die Verteilung der Galaxien und die Röntgenemission.
Q 18In welchem italienischen Untergrundlabor arbeitet das XENON Dark Matter Project?
Gran Sasso
Trifft ein WIMP auf Xenon, erwartet man die Freisetzung von Szintillationslicht und von Elektronen durch Ionisation.
Q 19Wofür steht das „C“ in der Abkürzung MACHO für mögliche Objekte Dunkler Materie?
compact
Zu den MACHOs zählen Braune Zwerge. Man nimmt heute an, dass solche Objekte nur einen kleinen Teil der Dunklen Materie ausmachen.
Q 20Welches hypothetische Teilchen soll das verschwindende Dipolmoment des Neutrons erklären?
Axion
Problematisch ist dieses verschwindende elektrische Dipolmoment in der Quantenchromodynamik; das Teilchen gilt zugleich als Kandidat für nichtbaryonische Dunkle Materie.
Q 24Wie hoch ist der gesamte Materieanteil an der Energiedichte des Universums ungefähr?
30 %
Baryonische Materie kommt nur auf etwa 5 %; das folgt aus Theorie und Beobachtungen zur primordialen Nukleosynthese und zum kosmischen Mikrowellenhintergrund.
Q 25Welche Himmelskörper kommen als Quelle des Positronenüberschusses jenseits von 10 GeV infrage?
Pulsare
Als andere Deutung gilt die Paarvernichtung kollidierender Dunkle-Materie-Teilchen; auch spezielle Effekte während der Ausbreitung der Teilchen kommen infrage.
Q 26Welche Fusion kann in Braunen Zwergen anstelle der Wasserstofffusion ablaufen?
Deuteriumfusion
Grund ist der geringe Druck in ihrem Inneren. Deshalb leuchten diese Himmelskörper nicht im sichtbaren Spektrum.
Q 27Bei welchem Physiker promovierte Vera Rubin 1954 an der Georgetown University?
George Gamow
Zuvor hatte sie 1948 am Vassar College den Bachelor und 1951 an der Cornell University den Master gemacht.
Q 28In welcher Galaxie enthalten viele größere Kugelsternhaufen überwiegend Dunkle Materie?
Centaurus A
Gemeint sind Kugelsternhaufen mit über 1 Mio. Sonnenmassen in der auch als NGC 5128 bekannten Galaxie.
Q 29Aus welchem Material bestehen die gekühlten Einkristalle des COSINUS-Experiments?
Natriumjodid
Die Kristalle dienen in dem 2016 begonnenen Experiment als Szintillator und enthalten zugleich ein hochempfindliches Kalorimeter.
Q 30Welche Energie hat die 2014 gemeldete, zuvor unentdeckte Röntgen-Spektrallinie ferner Galaxien?
3,5 keV
Die Linie könnte einen Hinweis auf die Natur der Dunklen Materie geben, deren Teilchen zerfallen und dabei Röntgenstrahlen aussenden könnten.