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MILCHSTRASSE
Helium-3 und die dunkle Materie
von Stefan Deiters
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3. Januar 2001

Mit einem alten Radioteleskop im US-Bundesstaat West Virginia gelang es amerikanischen Astronomen die Häufigkeit von Elementen kurz nach dem Urknall zu vermessen. Eine Schlüsselrolle dabei spielte das seltene Element Helium-3, dessen Auftreten sie in unserer Milchstraße untersuchten.


Das alte 140-Fuss Radioteleskop in West Virginia. Foto: NRAO

"Kurze Zeit nach dem Urknall taten sich Protonen und Neutronen zusammen und bildeten Helium-3 und andere einfache Elemente", erläutert Robert Rood von der Universität von Virginia. "Wenn man die Häufigkeit dieses primordialen Elementes in unser heutigen Milchstraße sehr genau vermisst, kann man berechnen, wie viel Materie in den ersten Minuten nach dem Urknall entstanden ist." Rood und seine Kollegen haben ihre Ergebnisse in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift Nature veröffentlicht. 

Die Suche nach Helium-3 beschäftigt Rood schon seit Jahrzehnten. Zum ersten Mal suchte er 1978 nach diesem Element, dessen Kern aus einem Neutron und zwei Protonen besteht. Damals ging man noch davon aus, dass Helium-3 während der Fusionsprozesse in der Sonne entsteht. Rood entdeckte damals aber, dass es in unserer Milchstraße deutlich weniger Helium-3 gibt als vorhanden sein müsste, wenn diese Theorie richtig ist. "Wäre Helium-3 tatsächlich in Sternen produziert worden, hätten wir deutlich mehr von diesem Element aufspüren müssen", so Rood.

So begannen die Forscher systematisch nach Hinweisen dafür zu suchen, dass Helium-3 in Sternen gleich welcher Art entstehen kann. Sie suchten in Regionen am Rande unserer Galaxis, in denen es nur wenig Sternenstehung gab und in Bereichen mit intensiver Sternentstehung. Das Ergebnis war überall das gleiche: Die relative Häufigkeit von Helium-3 blieb konstant. Dies hatte eine interessante Konsequenz: "Da stellare Prozesse nur einen sehr geringen oder gar keinen Einfluss auf den Helium-3 Gehalt in der Galaxis zu haben schienen, konnten wir zwei sehr wichtige Schlussfolgerungen ziehen", erklärt Roods Kollege Thomas Bania von der Boston University. "Erstens: Da unsere theoretischen Modelle die Produktion von Helium-3 in Sternen vorhersagen, müssen wir unsere Theorien über die Vorgänge im Inneren der Sterne noch einmal überdenken. Und zweitens: Da Helium-3 in unserer Galaxis nicht in signifikantem Maß produziert oder zerstört wurde, ist die Häufigkeit, die wir heute beobachten genau die, die im Urknall entstanden ist."

Aus dieser Zahl konnten die Forscher die Menge an normaler Materie berechnen, die im Urknall entstanden sein muss. In diese Berechnungen flossen natürlich diverse Annahmen über Geschichte des Universums, insbesondere sein Alter, ein. Die Ergebnisse der Forscher unterstützen die schon lange vertretene These, dass die normale Materie, aus der Sterne, Planeten und ganze Galaxien bestehen, nur einen Bruchteil dessen ausmacht, was mach benötigen würde, um die Gravitationseffekte im Universum zu erklären. "Die Tatsache, dass der größte Teil des Universums aus einem Material besteht, das aus irgendetwas zusammengesetzt wurde, was wir auf der Erde noch nie gesehen haben, ist schon sehr faszinierend", so Rood.

Die Untersuchungen der Wissenschaftler am 140-Fuss-Radioteleskop in Green Bank stellten einen letztes Highlight für das alte Instrument dar, das inzwischen nicht mehr arbeitet. Es wurde durch ein neues und größeres Teleskop ersetzt. 

Links im WWW
National Radio Astronomy Observatory
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