Posted On 27. November 2013 By In Kolumnen und Themen, Lichtjahre später, Litmag With 995 Views

Aleks Scholz: Lichtjahre später (21)

Aleks Scholz ist Autor und Astronom. In seiner Kolumne „Lichtjahre später“ erklärt er regelmäßig alles, was wir über das Universum wissen müssen. Seit Januar 2013 befindet er sich auf einer Irrfahrt über den Nachthimmel. Heute: Anomalien.

Aleks Scholz. Foto: Ira Struebel

Aleks Scholz. Foto: Ira Struebel

Die Taurus-Disposition

Salpeter schreibt ein kleines Paper. Wir sind in Australien, Winter 1953/54. Edwin Salpeter, ein Physiker aus Cornell, ist nach Canberra gezogen, um Senator McCarthy aus dem Weg zu gehen. Das australische Paper ist kurz, nur sieben Seiten, zwei Abbildungen, leicht verständlich, eine einzige, simple Idee. Wieviele Sterne einer bestimmten Masse werden in einem bestimmten Teil des Universums produziert? Eine Frage, die man durch Nachsehen klären kann. “I always feel the real test of a good paper is, it should be simple.” Die Idee war fast zu einfach, Salpeter sucht lange in der Bibliothek nach der Lösung, bis er einsieht, dass sie noch nicht existiert und er sie selber finden muss.  Ein angenehm bescheidener Mann: “It’s obvious that it’s something Schwarzschild could have written with his left hand at any time, but he just somehow never got around to it.”

Es war Salpeters zweite Flucht nach Australien; als Teenager verließ er schon einmal das Heimatland, damals das gerade “angeschlossene” Österreich. Der Mann war noch in Kontakt mit der großen Vorkriegsgeneration. Der Vater studierte mit Schrödinger, er selbst lernte Quantenphysik von Peierls, Nuklearphysik von Bethe, Astronomie von Baade. Er wechselt seine Interessen schneller als andere Leute die Bettwäsche. „Hardly ever is it that I have a burning interest in one particular topic.“ Stattdessen arbeitet er an Fragen, bei denen er glaubt, schnell voranzukommen, Probleme, für die er sich geeignet fühlt. Das australische Paper war eines davon. Die Massenfunktion war geboren.

Lichtjahre1

Salpeter 1955, Abb. 2 – die erste Massenfunktion. Es hat schon weniger kryptische Abbildungen in wissenschaftlichen Publikationen gegeben.

Hier die totale Weltmachtsfantasie für Astronomen: Angenommen man wüsste, wie sich Sterne entwickeln, von der Geburt bis zum Tod. Man sieht einen Stern und kann exakt vorhersagen, was mit ihm in den nächsten Millionen, Milliarden Jahren geschehen wird, zum Beispiel im Hertzsprung-Russell-Diagramm. Man weiß genau, wie lange er auf der Hauptreihe bleibt, wann er anfängt sich aufzublähen, wie lange er pulsiert, wann er seine Hüllen abstößt, und wann er endgültig in sich zusammenfällt und sich auf den Sternenfriedhof bewegt. Angenommen, man versteht außerdem, wie aus den großen, kalten Gaswolken der Galaxie Sterne entstehen, und kann präzise vorhersagen, wie viele Sterne dabei herauskommen. Da die Masse eines Sterns sein Schicksal festlegt, muss man vor allem wissen, wie viele Sterne einer bestimmten Masse entstehen. Das ist sie wieder, die Massenfunktion. Wenn man so weit wäre, dann wüsste man praktisch alles, was es über Sterne zu wissen gibt. Man könnte die namensgebende Abteilung der Astrophysik dichtmachen. “Astro” wäre obsolet. Alle könnten sich auf Galaxien, Nebel und Planeten konzentrieren.

Ein anmaßendes Szenario. Aber zumindest der erste Teil ist nicht so wahnsinnig unrealistisch. Das 20. Jahrhundert war das Jahrhundert von Weltkriegen und Atombomben, aber auch das Jahrhundert der Sterne. Die wirklichen Mysterien der Sternentwicklung sind verschwunden. Die niedrig hängenden Früchte sind abgeerntet. Was bleibt, sind Lücken am Anfang und am Ende der Entwicklung, am oberen und unteren Ende der Massenverteilung und außerdem die lästigen Schwierigkeiten mit Magnetfeldern, Konvektion, Turbulenz. Trotzdem. Die Physik der Sterne ist eine reife, wohlsituierte Wissenschaft.

Der zweite Teil hingegen, die Vorhersage der Massenfunktion “from first principles”, ist eine Baustelle. Es hat damit zu tun, dass die Untersuchung von jungen Sternen und deren Ursprung erst in den 1980ern richtig in Gang kam, fast ein Jahrhundert nach der Geburt der klassischen Sternphysik. Das Wesentliche der Sternentstehung ist für das Auge unsichtbar. Die meisten interessanten Phänomene finden in der Kälte statt, in Wolken, in denen sibirische Temperaturen herrschen. Diese Phänomene erzeugen Licht in Wellenlängenbereichen, die für normale Teleskope unerreichbar sind, weil die Photonen zum Großteil von der Erdatmosphäre verschluckt werden. Man benötigt Infrarotkameras, vorzugsweise solche, die man ins Weltall schießt. Die Welt sah anders aus, nachdem der Infrared Astronomical Satellite “IRAS” im Jahr 1983 den gesamten Himmel im Infraroten durchgearbeitet hatte. Wir konnten mit der Arbeit anfangen.

Als gegen Ende des Jahrtausends die ersten Massenfunktionen von extrem jungen Sternen auf dem Tisch lagen, sahen wir uns irritiert an. In den meisten Gegenden, in denen Sterne entstehen, sahen die Abbildungen so ähnlich aus wie bei Salpeters alten Sternen. Es gibt sehr wenige superschwere Sterne, dann aber immer mehr, je weiter man zu geringeren Massen vordringt. Die meisten Sterne sind Zwerge und kommen nur mit einem Fünftel der Sonnenmasse auf die Welt. Jedenfalls fast überall. Nur im Sternbild Stier ist alles anders.

Die Taurus-Assoziation, eine weit ausgedehnte Population von jungen Sternen, die von Aldebaran bis zu den Plejaden reicht, ist extrem populär bei Astronomen. Fast jeder Sternentstehungsexperte hat Lieblingsobjekte im Taurus. AA Tau zum Beispiel, oder DR Tau, oder T Tau selbst, den Namensgeber der T-Tauri-Sterne, wie man junge Sterne heute nennt. Oder 2M0444. Oder, in meinem Fall FU Tau und IRAS04325+2502, genannt Marvin. Aber ausgerechnet Taurus, unsere Lieblingsgegend, macht bei der Massenfunktion eine Ausnahme. Die meisten Sterne, die im Taurus entstehen, haben offenbar Massen zwischen einer halben und einer Sonnenmasse. Die gesamte Massenfunktion sieht krank aus, seltsam gekippt, mit schwerem Wasserkopf und dünnen Beinchen.

Anomalien sind immer interessant, aber andererseits auch lästig. Die Begeisterung über die Taurus-Anomalie hält sich in Grenzen. Einerseits kommt es eine solche Variation der Massenfunktion nicht so überraschend. Bei der Sternentstehung spielen so viele verschiedene Faktoren eine Rolle, es wäre sehr seltsam, wenn zwei völlig unterschiedliche Regionen genau dieselbe Massenverteilung produzieren würden. Eigentlich suchen wir nach genau so etwas wie Taurus – ein “Rosetta-Stein für die Theorie der Sternentstehung”, wie es Pavel Kroupa im Jahr 2001 ausdrückte. Andererseits sehen sich die Massenfunktionen aller anderen Regionen sehr ähnlich, jedenfalls soweit man das heute beurteilen kann. Die Versuchung liegt nahe, alles mit einer einzigen Theorie erschlagen zu wollen, eine einzige große Master-Erklärung für die Entstehung von Sternen. Zum Beispiel die zurzeit beliebten Szenarien der “gravoturbulent fragmentation”, in denen Schwerkraft und Turbulenz alles erledigen.  Gravoturbulent klingt sehr nach Mastermind. Aber dann wieder Taurus. “Was ist mit Taurus?”, muss sich der Theoretiker auf Konferenzen fragen lassen. “Ich hasse Taurus!!!”, würde er gern erwidern, in Wahrheit sagt er etwas Diplomatisches, geht auf seinen Platz und kaut auf den Fingernägeln. Und hofft still darauf, dass die Taurus-Anomalie von alleine weggehen wird. Zum Beispiel, durch nochmaliges, genaueres Hinsehen.

Bei Anomalien scheiden sich die Geister. Wir nennen sie Anomalien, weil sie nicht ins Bild passen, weil sie Arbeit verursachen, und weil sie ärgerlich sind. Indem man sie als Anomalie, als Ausnahmeerscheinung, als Freak abstempelt, verschafft man sich eine Ausrede, zunächst einmal so weiterzumachen, als wäre nichts geschehen – Bending the Map, wie immer. Und die meisten machen genau das. Die Massenfunktion ist universell und sieht überall nahezu gleich aus, jedenfalls solange man sich nicht zu weit von der Sonne wegbewegt. Fertig. Oft behalten die Leute recht mit dieser Behauptung. Andere verbringen ihr gesamtes Leben damit, genau die Ausreißer zu untersuchen. Halton Arp zum Beispiel, der Jahrzehnte der Katalogisierung von Galaxien widmet, die eben nicht so aussehen, wie es sich das Standardmodell vorstellt. Heute ist klar, dass viele von Arps Freak-Galaxien Unfälle sind, Galaxien, die mit anderen Galaxien kollidieren und mit ihnen zusammenwachsen, ein Phänomen, das mittlerweile im Mainstream angekommen ist. Manchmal sind Freaks tatsächlich relevant.

Arp interessierte sich nicht nur für anomale Galaxien, sondern auch für Alternativen zum Big Bang und für Quasare, die sich nicht am Rande des Universums befinden, sondern quasi nebenan, alles Außenseiterpositionen. Der schon erwähnte Pavel Kroupa, ein Champion der anomalen Massenfunktion, streitet außerdem für die “Modified Newtonian Gravity”, ebenfalls eine radikale Position. Eventuell sind Freak-Forscher unbedingt an Anomalien interessiert, weil sie fest von ihrer Relevanz überzeugt sind. Natürlich sind sie davon überzeugt. Aber nicht alle Anomalien können fundamentale Wahrheiten enthalten, manche sind auch einfach Schrott. Oder Fehler. Oder dumme Zufälle. Es wäre zumindest denkbar, dass es eine bestimmte Sorte Wissenschaftler gibt, denen es vor allem darum geht, in genau diese Außenseiterrolle zu geraten, die die Anomalieforschung mit sich bringt. Sie ziehen es vor, den Rest der Welt in einer Statler-und-Waldorf-Rolle vom Balkon aus zu terrorisieren, anstatt auf dem Parkett mit Kermit und Miss Piggy zu arbeiten. Sie sind die Zwischenrufer der Wissenschaft. Eine ehrenhafte Rolle, auch wenn man am Ende weniger Freunde hat als im Mainstream.

Das Kälteschwein ist zurück. Am Abend stehen die Plejaden schon hoch am Himmel, Orion rückt zur besten Sendezeit ins Blickfeld, Sirius taucht über dem Horizont auf. Es ist die beste Beobachtungszeit. Lange Nächte, zwölf, vierzehn Stunden Dunkelheit, wenig Zeit zum Schlafen, der Astronom am Teleskop kann sein ganzes Leben dem Rhythmus des Weltalls unterwerfen.

Die große Tour des Nordhimmels ist beendet. Die nächste Herausforderung ist der Süden.

Aleks Scholz

Der Nachthimmel im Internet, zum Nachvollziehen der Reise.

Aleks Scholz, geb. 1975, ist Astronom und Autor. Zurzeit arbeitet er als Direktor des Observatoriums an der Universität von St. Andrews in Schottland. Zusammen mit Kathrin Passig veröffentlichte er das »Lexikon des Unwissens« und »Verirren« (beides bei Rowohlt Berlin). Er war Redakteur des Weblogs Riesenmaschine und schrieb für die Süddeutsche Zeitung, den Standard, die taz, die Zeit, Spiegel Online und CULTurMAG. Zuletzt erschien im CulturBooks-Verlag „Lug, Ton und Kip. Die Entdeckung der Wicklows“ (mehr hier). Foto: Ira Struebel. Aleks Scholz bei Google+.

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