Das Universum

DU020 - Das dunkle Herz der Galaxie

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DU020 - Das dunkle Herz der Galaxie

Dunkle Machenschaften

Zuerst reden Ruth und ich kurz über die Geschichte der Podcasts. Und danach ein wenig länger über politische Skandale und Korruption in der österreichischen Politik. Das ist zwar durchaus interessant, klingt aber nicht so als hätte es etwas mit Wissenschaft zu tun. Hat es aber! Ohne Probleme kommen wir vom Schwarzgeld zur Quantengravitation. Und auch danach geht es mit dunklen Machenschaften weiter: Ruth erzählt eine Geschichte die erklärt, wie Galaxien zu den gewaltigen schwarzen Löchern in ihren Zentren kommen: Vermutlich hat dunkle Materie etwas damit zu tun. Und Fragen beantworten wir auch: Über Sterne aus dunkler Materie, über die potenzielle Gewichtszunahme der Erde durch Meteoriten und jede Menge mehr. Hört es euch an!

Einleitung: Spaziergang mit Laptop und die gravitative Natur von Schwarzgeld

Die Frau des österreichischen Finanzministers geht gerne spazieren. Und nimmt dabei offensichtlich den Laptop mit. Was unter anderem deswegen aufgefallen ist, weil ihr Mann gerade unter Korruptionsverdacht steht und eine Hausdurchsuchung genau diesen Laptop sicherstellen sollte. Das stimmt wirklich! Ob sich der Verdacht bestätigen wird oder nicht, muss sich erst zeigen. Auf jeden Fall aber hat die Forschung festgestellt, dass man die Strömungen von Schwarzgeld überraschenderweise mit den mathematischen Methoden beschreiben kann, die normalerweise zur Beschreibung von gravitativen Wechselwirkungen verwendet wird (“Estimating money laundering flows with a gravity model-based simulation”). Was uns dazu inspiriert hat, die Entwicklung einer Quantenmechanik der Korruption zu forden um vielleicht über diesen Umweg endlich eine Theorie der Quantengravitation zu finden.

Mehr Informationen zu den Themen der Einleitung:

Was ein “Dutch Sandwich” ist und wie man damit Steuern vermeiden kann, weiß unter anderem die Wikipedia.

Astro-Geschichte: Das dunkle Herz der Galaxie

Im Zentrum jeder großen Galaxie befindet sich ein supermassereiches schwarzes Loch. Das kann ein paar Millionen bis zu ein paar Milliarden mal schwerer als die Sonne sein. Und wir wissen nicht, wie diese Objekte entstehen können. Eine neue Hypothese hat mit dunkler Materie zu tun. Von der dachte man bisher, dass sie eigentlich keine Konzentrationen mit hoher Dichte bilden kann; also keine Objekte wie Sterne oder ähnliches. Aber neue Forschung zeigt nun, dass auf sehr große Skalen betrachtet, vielleicht doch “Klumpen” aus dunkler Materie entstehen können ( “On the formation and stability of fermionic dark matter haloes in a cosmological framework”). Und die könnten der Ursprung der supermassereichen schwarzen Löcher sein. Das klappt aber nur, wenn die dunkle Materie eine ganz besondere Art von dunkler Materie ist, zum Beispiel sogenannte “sterile Neutrinos”.

Mehr Informationen zu den Themen der Geschichte:

Die von Ruth vorgestellte Studie wird auch hier zusammengefasst.

Folge Numme 15 von “Das Universum”, in der wir ausführlich über Neutrinos sprechen, findet ihr hier.

Über Messungen die zeigen, dass es vielleicht doch “sterile Neutrinos” geben könnte (und was das überhaupt ist), hat Florian hier mehr geschrieben.

Zur Menge an dunkler Materie im Sonnensystem findet ihr hier einen ausführlichen Text.

Über die schöne aber vermutlich falsche Hypothese der Supersymmetrie könnt ihr hier mehr hören.

Das Buch “Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray” von Sabine Hossenfelder hat Florian in seinem Blog besprochen. Den empfehlenswerten YouTube-Kanal von Sabine Hossenfelder gibt es hier.

Fragen an das Universum

Franz fragt, ob ”Antimaterie gleich mit Dunkler Materie ist, oder wenn nicht, gibt es auch dunkle Antimaterie?”

Eine sehr gute Frage. Wir wissen nichts von dunkler Antimaterie, denken aber dass es vom Konzept her schwierig wäre, da sich Materie von Antimaterie durch ihre elektrische Ladung unterscheidet und dunkle Materie keine Ladung hat. Es gibt aber Experimente am CERN, die die Interaktion zwischen Dunkler Materie und Antimaterie untersucht: Und zwar die Auswirkungen eines potentiellen Axionenfeldes auf Antiprotonen.

Dann kommen wir auf die Frage von Hubert zurück, die wir schon in Folge DU009 teilweise beantwortet haben: “Warum bilden sich nicht Sterne oder gar schwarze Löcher aus dunkler Materie?”

Kleinere Strukturen wie Sterne können sich nicht bilden, weil die Dunkle Materie ja nicht elektromagnetisch wechselwirkt. ABER, und das ist jetzt eine neue Option: Wenn die Dunkle Materie aus Fermionen, wie zum Beispiel dem hypotetischen sterilen Neutrino besteht, kann sie ab einer sehr großen Gesamtmasse (das ist die Masse einer kleinen Galaxie), ein dementsprechend großes supermassives Schwarzes Loch in ihrem Zentrum bilden.

Sebastian hat auch eine Frage zur Dunklen Materie: ”Wenn dunkle Materie mit dem sichtbaren Universum nur gravitativ in Wechselwirkung tritt, müßten die rauen Mengen an dunkler Materie doch auch mit den supermassereichen schwarzen Löchern in Wechselwirkung treten bzw. auch von diesen angezogen werden, mit in der Akkretionsscheibe landen und letztlich ins schwarze Loch stürzen. Sollte dann nicht auch irgendeine Art von Energie messbar sein?”

Wir sagen nein, da erstens in einer konzentrierten Struktur wie einer Akkretionsscheibe nur eher wenig Dunkle Materie vorhanden ist, und da zweitens die Dunkle Materie ihre Energie nicht so gut loswerden kann wie normale Materie, die das ja über Abstrahlung tut, was dunkle Materie nicht kann.

Daniel kann sich nicht ganz vorstellen, ”dass es eine „Substanz“ geben soll, die nicht mit Licht interagiert, aber trotzdem eine enorme Masse hat. Wäre es nicht eher denkbar, dass die Dunkle Materie aus bekannten Dingen im Universum besteht, welche sich zwischen den Galaxien herumtreiben?”

Die große Mehrheit dieser Möglichkeiten konnte schon ausgeschlossen werden. Es könnte sein, dass Objekte aus normaler Materie zur fehlenden Masse beitragen, aber wir brauchen auf jeden Fall noch etwas anderes. Florian versucht bei der Vorstellung zu helfen, in dem er die dunkle Materie mit einer durchsichtigen Glastüre vergleicht, gegen die man ja auch rennen kann obwohl man sie nicht sieht.

Björn schreibt: ”Wäre es möglich das auch das gesamte Universum selbst um eine Achse rotiert?” und fragt sich ob, wenn dem so ist, man dann noch Dunkle Materie braucht, um die Expansion des Universums zu erklären?

Nun, die dunkle Materie braucht man um die interne Rotation von Galaxien zu erklären, das heisst die wäre von einer Rotation des gesamten Universums nicht wirklich betroffen. Womit wir die Expansion des Universums erklären ist die Dunkle Energie, die ja mit der Dunklen Materie nichts zu tun hat, ausser dass wir auch nicht so recht wissen wobei es sich darum genau handelt. Zur Rotation des Universums haben wir in der Kosmologie Speziafolge DU14 mehr erzählt.

Barbara hat eine sehr schöne Frage: ”Die Erde hat eine bestimmte Masse, die unsere Umlaufbahn um die Sonne bestimmt. Wenn wir jetzt laufend Satelliten und Raumsonden ins All schicken, wird da nicht das ‘Gewicht’ der Erde geringer, und würde das nicht eine Änderung der Umlaufbahn bewirken?”

Im Prinzip ja. Die Änderung in der Erdmasse durch diesen Effekt ist aber so enorm gering, dass es keinerlei messbare Auswirkungen hat. Gleiches gilt für den Massenzuwachs durch Asteroideneinschläge. Das hat Florian hier genauer vorgerechnet.

Und zum Schluss noch eine mathematische Frage von Arnim: "Wieviel ist neun multipliziert mit sechs?" Florian verlässt sich sinnloserweise auf seinen TI68 Taschenrechner, während Ruth ihr kariertes Tischtuch ausbreitet und so die Aufgabe richtig löst: 9x6 ist natürlich 42.

Florian und Ruth im Fernsehen

Am 17. März 2021 startet die neue Staffel der Science Busters im österreichischen Fernsehen (ORFeins, 21:55). Florian ist dabei auf der Bühne zu sehen; Ruth hat die Requisiten gebaut und sitzt im Publikum. Mehr dazu - und ein paar Trailer - gibt es hier. Man kann die Sendung auch außerhalb von Österreich sehen und zwar immer sieben Tage nach der Ausstrahlung in der ORF TVthek.

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Florian könnt ihr in seinem Podcast “Sternengeschichten” zuhören, zum Beispiel hier: https://sternengeschichten.podigee.io/ oder bei Spotify - und überall sonst wo es Podcasts gibt. Florian und Ruth findet ihr beide auch regelmäßig im WRINT Wissenschaft”-Podcast den es ebenfalls bei Spotify gibt

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Kommentare

Damien
by Damien on
Huh, jetzt habe ich doch noch alle Folgen dieses Podcasts nachgeholt. Und ich hoffe, das dies jetzt auch die richtige Folge ist, zu der ich etwas anmerken wollte. Thema: Neutrinos. Ruth erwähnte, das sie nicht wüsste, was man mit dem Wissen über Neutrinos außerhalb der Astronomie anfangen könnte (zitiert so ungefähr, Pi mal dicker Zeh). Ende der 90er, Anfang 00er Jahre setzten auf Grund wirtschaftlicher Rezession auch viele wissenschaftliche Betriebe Mitabeiter frei. Das waren z. B. Physiker vom CERN, Mathematiker, Informatiker usw. Diese wurden von der (i.w.S.) Geldwirtschaft eingefangen. Warum? Diese Leute waren nicht nur wegen ihrer mathematischen Ausbildung sehr begehrt, sondern passten wegen ihres im allgemeinen sozialinkompatiblen Lebensstils (ja, dieses Vorurteil ist nicht von der Hand zu weisen) zu grassierend auf Profitmaximierung zugeschnittenen Unternehmen, die z. B. ohne Gewissen mit Nahrungsmitteln spekulieren. Der geläufige Name für diese ehemaligen Wissenschaftsexperten war und ist bis heute: „Quant“. Dieser Name steht für Menschen, die eher autistisch ohne Möglichkeit einer mitfühlenden Schuld agieren und sich so dem Spiel mit den quantifizierbaren Zahlen ganz ergeben können. So schwabbte nun Wissen aus der Quantenphysik, Astrophysik, etc. in die am Geldmarkt tätigen Akteure – Hedge Fonds, wie z. B. Renaissance Technologies, Black Rock. Tatsächlich betrifft dies sehr stark die Lokalität Schweiz, in der alle Zutaten, CERN + Banken + fügsame Politik, wie in einer Teigschüssel, zum Umrühren bereit, vorhanden waren und sind. Man muss nun wissen, dass die Rechtsgrundlage für Geschäfte an Termin-, Geld-, Versicherungsbörsen in unseren westlichen Gesellschaftsordnungen von jenen geformt werden, die diese betreiben. So kam es zur Blüte von s. g. Hochfrequenzbörsen, also Spekulationsräumen, die nicht mehr von miteinander verhandelnden Menschen, sondern rein von Computern betrieben werden. Hochfrequenz heißt hier, agieren im Nanosekundenbereich. Derzeitige Computer rechnen im Gigahertzbereich, ( f = 1 / T ) macht daraus die Nanosekunde pro Rechenaufgabe. Wer als schnellster eine Wertpapierorder abgibt oder annimmt und damit auf einen Gewinn spekuliert, gewinnt dann auch auf langer Sicht. Diese Unternehmen lassen sich z. B. eigene Glasfaserleitungen durch die Ozeane verlegen, die direkter von Börsenstandort zu Börsenstandort hochfrequente Informationen verschicken können. Das lohnt sich offenbar, auch wenn man es sich als ‚normaler‘ Bürger kaum vorstellen kann, das es das gibt. Oder Rechenzentren werden möglichst nahe der offiziellen Börsen errichtet und betrieben. Wer den Fluss der Nachrichten (Informationen im Zustand der Übertragung) beherrscht, beherrscht auch das daraus resultierende Auskommen. Das wussten schon im Mittelalter Adelshäuser wie Thurn und Taxis, die mit dem Postwegeprivileg zu gigantischem Reichtum gekommen waren. Oder aber auch das britische Königreich, das im Laufe der Kolonialisierung fremder Länder davon abging selber Waren zu verschiffen und dafür ein Informationssystem errichtete, mit dessen Hilfe man Freibeuter, ähh Zollbeamte strategisch gezielt positionierte, um andere fremdländische Schiffe zu plündern, ähh abzufertigen. Wer diesen Zusammenhang und Vorteil, um die Informationen nicht erkannte, ging bzw. geht unter. Was hat das mit den Neutrinos zu tun? Oben genannte Quants ersonnen nun eine Möglichkeit mit Hilfe von Neutrinos, Nachrichten nicht durch Leitungen, um die Krümmung der Erde herum zu versenden, sondern mitten durch sie hindurch. Der weg wäre dann linear statt gekrümmt und damit kürzer. Bang! Vorteil! Profit! Aber nicht nur der Informationsfluss, wird heutzutage mit Mitteln der theoretischen Physik modelliert, auch das Wirken des Geldsystems an sich und das der Volkswirtschaften. Wie groß soll bspw. die Geldmenge eines Landes sein, damit die Ökonomie bestmöglich arbeiten kann? Die Geldmenge wird zur politischen Steuerung direkt durch den Staat oder indirekt über Zentralbanken vergrößert oder verkleinert. Aber wo entnimmt man und wo lässt man neues Geld entstehen? Hier nimmt man z. B. das Modell der Quantenfluktuation. Die Geldmenge wird als Quantenfeld betrachtet und die Ökonomie eines Landes lässt nun zwar zufällig aber mit stochastischem Werkzeug greifbar Geld entstehen oder entschwinden. Ich hoffe das war erst einmal der Erklärung genung, und Ruth oder aber auch Florian können sich weiter ausmalen, wie ihr Astronomiewissen (Formeln, Theorien, gigantische rechnende oder entdeckende Maschinen) sonst so verwendet wird. Es gibt auch einen Roman von Robert Harris „Angst“ (engl. „The Fear Index“, 2011) der das Thema als Thriller aufgreift. Dokumentationen, die ich empfehlen kann gibts auch: - „The mathematician who cracked Wall Street“, TED-Talk mit Jim Simons von Renaissance Technologies, https://www.youtube.com/watch?v=U5kIdtMJGc8 - „HyperNormalisation“ by Adam Curtis, https://www.youtube.com/watch?v=yS_c2qqA-6Y (hier wird ein Computer namens Aladdin von Black Rock beschrieben, ab ca. 1:17:00, aber Adam-Curtis-Dokus sollte man unbedingt ganz gucken :-) )
Alex
by Alex on
Zwei kleine Anmerkungen zu dieser wie immer sehr schönen Folge: Teilchen und Antiteilchen unterscheiden sich nicht nur im Vorzeichen ihrer elektromagnetischen Ladung, sondern in den Vorzeichen der Ladungen zu allen Wechselwirkungen (außer vermutlich der Gravitation). Und da man davon ausgeht, dass die Teilchen aus denen dunkle Materie besteht über die schwache Wechselwirkung wechselwirken, wäre es schon denkbar, dass sie nicht ihre eigenen Antiteilchen sind, und es somit Anti-dunkle Materie gibt (oder heißt das dunkle Antimaterie?). Bei Neutrinos (die ja fast alle Eigenschaften dunkler Materie haben) geht man ja auch davon aus, dass es einen Unterschied zwischen Neutrinos und Antineutrinos gibt. Und alleine durch die Änderung der Masse der Erde würde sich doch ihre Umlaufbahn um die Sonne nicht ändern. Denn die Masse steht auf beiden Seiten der Bewegungsgleichung und sie kürzt sich raus. (Was sich ändern würde wäre der Einfluss der Erdgravitation auf die Bahn der Sonne, was dann wieder einen Einfluss auf die Erdbahn hätte; aber dieser wäre vermutlich so winzig, dass das selbst bei signifikanter Massenänderung nicht relevant wäre.) Aber wenn ein großer Brocken Masse auf die Erde fallen würde, würde der auch eine Menge Energie, Impuls, und Drehimpuls mitbringen. Und das hätte dann Auswirkungen auf die Erdbahn.
Max
by Max on
Du hast dir die MP3 manuell geladen‽ Ich hör seit so 2008 rum Podcasts und zumindest früher hatte iTunes eine Unterstützung für andere MP3-Player. Dort abonnieren und alle paar Tage mal abschließen um die Folgen aufspielen zu lassen. Deutlich unbequemer als heutzutage, aber ging gut!
Johan Bezem
by Johan Bezem on
Für mich kein Problem, ich hab mein Deutsch 1985 in Wien gelernt ;-) aber für manch andere(r) sicherlich...
Florian
by Florian on
Sorry. Eigentlich bin ich eh recht gut in der deutsch/österreichischen Zweisprachigkeit (als halber Deutscher). Aber manchmal reißt es mich im Gespräch mit einer echten Österreicherin wie Ruth dann eben doch mit und ich vergesse aufs Übersetzen ;)
Johan Bezem
by Johan Bezem on
Einem Mittel– bis Norddeutschen sowie Leuten mit anderer Muttersprache sollte man vielleicht ein Wort wie „schiach“ kurz erklären („hässlich“), speziell wenn es mehrfach verwendet wird. Vor vielen Jahren dachte ich selbst – als Holländer – es wäre Österreichisch für ‚schön‘, was zu gravierenden Missverständnissen geführt hat. Aber ein Superpodcast, weiter so!

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Über diesen Podcast

Ruth und Florian reden über das Universum. Mit Fragen. Und Antworten.

Die Astronomin Ruth (Spezialgebiet Galaxien) und der Astronom Florian (Spezialgebiet Asteroiden) reden über das Universum. Ruth betreibt ein mobiles Planetarium; Florian erzählt auf Bühnen, in Büchern und in Podcasts über den Kosmos und beide plaudern gemeinsam über alles, was dort so abgeht. In jeder Folge erzählen sie einander eine spannende Geschichte aus der aktuellen Forschung. Und beantworten Fragen aus der Hörerschaft zu allem was man gerne über das Universum wissen möchte.

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von und mit Florian Freistetter, Ruth Grützbauch

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