Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/nachruf-vera-rubin-die-dunkle-materie-und-der-nobelpreis-1701-125333.html    Veröffentlicht: 03.01.2017 10:00    Kurz-URL: https://glm.io/125333

Astronomie

Vera Rubin, die dunkle Materie und der Nobelpreis

Sie hat das Bild des Universums gehörig verändert. Doch der Nobelpreis, den sie für ihre Arbeit verdient hätte, blieb Vera Rubin versagt. Am vorvergangenen Wochenende starb die Forscherin.

Das Jahr 2017 hat gerade erst angefangen. Was es uns allen bringen wird, wissen wir nicht. Aber wir wissen zumindest, was 2017 nicht passieren wird: Der Nobelpreis für Physik wird nicht an Vera Rubin verliehen werden. Denn die amerikanische Astronomin ist am 25. Dezember 2016 im Alter von 88 Jahren gestorben.

<#youtube id="Y4_y6JEnPTc"> In Nachrufen wird Rubin als Entdeckerin der dunklen Materie bezeichnet oder als diejenige, die den Nachweis über die Existenz dunkler Materie erbracht hat. Beides ist nicht richtig - obwohl die zweite Aussage schon wesentlich näher an der Wahrheit ist als die erste. Dennoch ist ihre Arbeit zur dunklen Materie bedeutend. Dafür erhielt sie zwar eine Reihe von Auszeichnungen und Ehrungen. Aber den Nobelpreis, den bedeutendsten Preis der Naturwissenschaft, den sie durchaus verdient hätte, hat sie nie bekommen und wird ihn nun auch nicht mehr bekommen können.

Zwicky fand Hinweise auf dunkle Materie

Schon in den 1930er-Jahren hat der Astronom Fritz Zwicky Hinweise auf die Existenz einer neuen Art von Materie gefunden. Die Idee, dass es so etwas wie dunkle Materie geben könnte, war also schon vorhanden, als Rubin mit ihrer Ausbildung begann.

Die junge Astronomin arbeitete in den 1960er-Jahren an einem seltsamen und umstrittenen Thema. Sie wollte herausfinden, ob sich das Universum dreht. Dafür vermaß sie die Bewegung und Drehrichtung vieler Galaxien, wurde aber mit ihrer Arbeit anfangs von den meisten Wissenschaftlern ignoriert. Die Daten waren nicht allzu eindeutig (auch heute noch) und das Thema eher etwas für Außenseiter. Und dass sie eine Frau war, half Rubin in der männerdominierten Wissenschaft der 1960er-Jahre auch nicht unbedingt weiter: Sie durfte teilweise nicht einmal an den großen Teleskopen beobachten, weil Frauen dort wegen "fehlender Sanitäreinrichtungen" nicht zugelassen waren.

Rubin beobachtete Andromeda

Rubin wurde zwar von Größen wie George Gamow und Gérard-Henri de Vaucouleurs unterstützt, entschied sich dann aber doch, zu einem anderen Arbeitsgebiet zu wechseln. Sie blieb den Galaxien trotzdem treu. Nur untersuchte sie nun, wie sich die Sterne dort bewegen. Ihr erstes Beobachtungsobjekt war die Andromedagalaxie (M31), unser galaktischer Nachbar im All.

Sterne, die das Zentrum einer Galaxie umkreisen, sollten sich im Prinzip so verhalten wie Planeten, die einen Stern umkreisen. Je näher ein Planet seinem Stern ist, desto schneller bewegt er sich. Merkur, der sonnennächste Planet, braucht nur 88 Tage für eine Runde. Bei der Erde sind es bekanntermaßen 365 Tage und der ferne Neptun braucht ganze 165 Jahre.

Muss Materie mit Licht wechselwirken?

Dieses Verhalten folgt direkt aus dem Newtonschen Gravitationsgesetz beziehungsweise aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie: Je weiter man sich von einem schweren Objekt entfernt, desto geringer ist der Einfluss seiner Gravitationskraft. In einer Galaxie sollte es eigentlich so ähnlich sein. Je weiter entfernt sich ein Stern vom Zentrum befindet, desto schwächer spürt er den Einfluss der Gravitationskraft und desto langsamer sollte er sich bewegen.

Rubin probierte nun, die sogenannte Rotationskurve von Andromeda zu messen. Sie bestimmte die Umlaufgeschwindigkeit von Sternen in unterschiedlichem Abstand zum Zentrum und erwartete, dass die Geschwindigkeit mit zunehmendem Abstand immer kleiner wird. Gemessen hat sie dann aber das hier:



Dieses berühmte Diagramm stammt aus der Arbeit Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions, die Rubin im Jahr 1970 veröffentlichte. Die x-Achse zeigt den Abstand zum Zentrum der Galaxie; die Einheiten sind oben in Kiloparsec angegeben und unten in Bogenminuten. Und man erkennt deutlich, dass die Kurve im rechten Bereich des Diagramms nicht - wie zu erwarten wäre - nach unten abfällt, sondern im Wesentlichen gerade verläuft.

Einige Sterne bewegen sich zu schnell

Rubin und ihre Kollegen beobachteten im Laufe der Zeit immer mehr Galaxien und fanden überall dasselbe Verhalten: Die Sterne in den äußeren Bereichen der Galaxien bewegten sich zu schnell. Auch Beobachtungen anderer Wissenschaftler im Radiowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums zeigten diese seltsame Bewegung. Die Daten schienen zu zeigen, dass die sichtbare Materie in der Galaxie nicht alles sein konnte. Es musste auch dort noch Materie vorhanden sein, wo die leuchtende Materie längst zu Ende ist. Die Galaxien schienen in eine große Wolke aus dunkler Materie eingebettet zu sein, und der gravitative Einfluss dieser dunklen Materie führte dazu, dass sich die Sterne schneller bewegten, als man erwarten würde.

"Niemand hat uns je gesagt, dass jede Materie strahlt. Wir haben einfach angenommen, dass sie es tut", sagte Vera Rubin und hatte damit recht. Man war bis dahin einfach davon ausgegangen, dass jede Materie auch mit Licht wechselwirkt, also entweder selbst Licht abgibt oder aber zumindest Licht reflektiert und damit sichtbar ist. Aber wer sagt, dass das so sein muss? Warum sollte es nicht auch Materie geben, die das nicht tut? Alle Beobachtungen deuteten jedenfalls darauf hin.

Man hatte nun schon Daten auf zwei völlig verschiedenen Größenskalen: einerseits die Bewegung von Galaxien in Galaxienhaufen, die Zwicky 1933 beobachtet hatte. Andererseits die Bewegung von Sternen in Galaxien, die von Rubin und diversen anderen Astronomen ab den 1970er-Jahren analysiert wurden. Beide zeigten, dass sich die Himmelskörper so verhielten, als gäbe es neben der normalen, sichtbaren Materie auch noch eine dunkle Materie, die nicht leuchtet. Beide Beobachtungen kamen unabhängig voneinander zum gleichen Ergebnis. Und stimmten auch noch in der Menge der dunklen Materie überein, die vorhanden sein musste.

Rubin hat die Astronomie vorangebracht

Die Arbeit von Rubin war deswegen so bedeutend, weil sie die Existenz eines Phänomens klar und deutlich belegen konnte. Das Phänomen war eine Bewegung von Sternen und Galaxien, die nicht mit der von der Gravitationstheorie vorhergesagten Bewegung übereinstimmt. Ihre Arbeit stellt keine Entdeckung dunkler Materie dar - was sie selbst auch nie behauptet hat. Denn das ist bis heute nicht gelungen.

Wir sehen zwar überall im Universum Phänomene, die so aussehen, als würden sie von einer noch unentdeckten Art von Materie verursacht. Diese Phänomene zeigen sich auf allen Größenskalen: vom Verhalten des Universums als Ganzes bis hin zur subatomaren Welt der Teilchen. Die Phänomene werden von unterschiedlichen Methoden aus unterschiedlichen Disziplinen unabhängig voneinander beobachtet und kommen dabei zu den gleichen Befunden. Theorien aus verschiedenen Ecken der Naturwissenschaften sagen die Existenz von Teilchen voraus, die genau die Eigenschaften hätten, um die beobachteten Phänomene zu erklären. Die Indizienlage ist also ziemlich eindeutig. Aber bevor die konkreten Teilchen der dunklen Materie nicht auch ebenso konkret in Teilchendetektoren nachgewiesen werden können, ist die dunkle Materie nicht entdeckt.

Das Bild des Universums hat sich verändert

In Sachen Nobelpreis sollte das eigentlich keine Rolle spielen. Das Phänomen selbst, das Rubin entdeckt und bestätigt hat, ist unzweifelhaft vorhanden - unabhängig von der Erklärung. So, wie das ja auch beim Phänomen der beschleunigten Expansion des Universums aka dunkle Energie der Fall ist, für dessen Entdeckung der Nobelpreis des Jahres 2011 verliehen wurde. Die Suche nach einer Erklärung der Beobachtung von Rubin und ihren Nachfolgern hat die Astronomie maßgeblich beeinflusst und vorangebracht. Egal, wohin diese Forschung am Ende führen wird: Unser Bild vom Universum wird sich fundamental verändert haben.

Besser gesagt: Unser Bild des Universums hat sich durch Rubins Arbeit schon fundamental verändert. Dafür hätte sie die Auszeichnung mit dem Physik-Nobelpreis mehr als verdient. Das Nobelpreiskomitee hat wieder einmal die Chance verpasst, die preiswürdige Forschungsleistung einer Frau zu ehren und muss sich weiterhin vorwerfen lassen, die Arbeit von forschenden Frauen zu ignorieren. Nach Marie Curie und Maria Goeppert-Mayer hätte Rubin die dritte Physik-Nobelpreisträgerin sein sollen. Noch besser wäre es allerdings gewesen, wenn sie nicht die dritte Preisträgerin geworden wäre, sondern die siebte, dreizehnte oder sechsundzwanzigste.  (ff)


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