Planckton

Der Tod der Astronomin Vera Rubin gibt Anlass zu Diskussionen: Brauchen wir dunkle Materie? Wer sollte einen Nobelpreis bekommen, und warum gibt es so wenige Nobelpreisträgerinnen?

Mittlerweile haben wir es auch statistisch belegt (siehe BBC Studie beruhend auf vorbereiteten Nachrufen, Statistik-Blog beruhend auf Wikipedia-Einträgen): 2016 war nicht nur in der kollektiven Wahrnehmung der sozialen Medien ein besonders tödliches Jahr für viele Prominente. Auch wenn wohl vielen in Zusammenhang mit dieser These als Erstes Größen der Popkultur wie David Bowie, Prince, George Michael oder Carry Fisher einfallen, hatte auch die Wissenschaft kurz nach Weihnachten den Verlust einer wegweisenden Persönlichkeit zu beklagen. Am 25. Dezember starb im Alter von 88 Jahren die Astronomin Vera Rubin, die von vielen etwas verkürzt als Entdeckerin der dunklen Materie bezeichnet wird.

© BBC2016 – ein besonders tödliches Jahr wenn man sich anschaut, wie viele vorbereitete Nachrufe bei der BBC zum Einsatz kamen. Grafik BBC

Tatsächlich hatte Rubin seit den späten 1960er Jahren zusammen mit ihrem Kollegen W. Kent Ford, Jr. die Bewegungen der sichtbaren Materie in unserer Nachbargalaxie Andromeda beobachtet. Die Bewegung der Materie in einer Galaxie lässt sich bei bekannter Massenverteilung relativ einfach aus dem Gravitationsgesetz herleiten. Wenn man die Massenverteilung auf der Grundlage der Materie bestimmt, die man sehen kann, kann man daher berechnen, wie Sterne, Staub und Gas sich auf ihren Bahnen um das galaktische Zentrum bewegen sollten. Bei Spiralgalaxien würde man ein Verhalten erwarten, das man auch bei unserem Sonnensystem beobachtet: wie bei den um die Sonne kreisenden Planeten sollte die Rotationsgeschwindigkeit nach außen hin abnehmen. Wäre dies nicht der Fall, würde irgendwann die Gravitation durch die Fliehkräfte dominiert werden, und das System würde auseinander fliegen. Als Rubin und Ford aber die Rotationsgeschwindigkeiten der Materie der benachbarten Andromeda-Galaxie bei verschiedenen Entfernungen vom Zentrum ermittelten, stellten sie fest, dass diese Geschwindigkeiten mit zunehmendem Abstand etwa konstant blieben: die Materie in den Außenbereichen der Galaxie bewegt sich so schnell wie im Zentrum (Paper). In den 1970er Jahren fanden Rubin und andere Beobachter dieses Verhalten noch in vielen anderen Galaxien.

Rubin hatte mit ihren Beobachtungen der Andromeda-Galaxie nicht die dunkle Materie entdeckt, sondern nur demonstriert, dass mit dem gängigen Bild etwas nicht stimmen konnte. Entweder gibt es erheblich mehr Materie, als man sehen kann, oder das Gravitationsgesetzt selbst muss geändert werden. Welche dieser beiden Möglichkeiten aber die zutreffende ist, ist bis heute nicht abschließend geklärt. Da die Einstein’sche Gravitationstheorie vielfältig und mit erstaunlicher Genauigkeit in anderen Kontexten bestätigt wurde, neigen viele Wissenschaftler zu der Annahme, dass es eine Form von Materie geben muss, die nicht mit elektromagnetischer Strahlung wechselwirkt und sich nur durch ihre Gravitationswirkung verrät. Das Problem ist bekanntlich aber, dass man nach wie vor nicht weiß, was die physikalische Natur dieser hypothetischen dunklen Materie wirklich ist.

Durch Rubins Tod wurde diese Diskussion in den sozialen Medien ein weiteres Mal angeheizt, zumal Rubin wohl selbst kein großer Fan des Konzeptes dunkler Materie war. Der Wissenschaftsautor Richard Panek berichtet in einem Ende letzten Jahres im Blog des Scientific American erschienenen Artikel mit dem Titel “Vera Rubin didn’t discover dark matter” wie frustriert Rubin davon war, dass durchgängig seit den 1980er Jahren die Entdeckung dunkler Materie als ein Ereignis prognostiziert wurde, mit dem innerhalb der nächsten fünf bis zehn Jahre zu rechnen sei – ohne dass wir heute, 30 Jahre später, in dieser Frage entscheidend weiter wären. Rubin sah dies anscheinend als ein klares Defizit der Idee der dunklen Materie, ohne dass sie als vermeintliche Entdeckerin einen Drang gezeigt hätte, diese als ihr angebliches Vermächtnis besonders zu verteidigen. Der Artikel wurde von Astronomen in den sozialen Medien sehr kontrovers aufgenommen. Während eine Gruppe in dem Artikel primär Rubins bescheidene Art illustriert sah, bei der unvoreingenommene, wissenschaftliche Neugier etwaige persönliche Eitelkeiten oder Modeströmungen dominierte, verstanden andere den Artikel als Versuch, Rubins wissenschaftliche Errungenschaften klein zu reden.

Dass Rubins Bescheidenheit wohl fast unter das sogenannte Hochstapler-Syndrom (Planckton Artikel hierzu) zu fallen scheint, wird insbesondere in einem Interview des American Institute of Physics deutlich, in dem sie bemerkt, dass sie bei ihrer bahnbrechenden Beobachtung nicht schlau genug war, sofort eine überzeugende Interpretation zu liefern. Auch mit den intellektuellen Fähigkeiten von George Gamov habe sie nicht mithalten können, und auch wenn sie das Universum neu entwerfen könnte, sei sie dafür nicht schlau genug. Unabhängig von der Beurteilung der Intention des Artikels von Panek ist wohl schwer zu leugnen, dass ein solch unprätentiöses Auftreten nicht unbedingt dazu anhält einen besonderen Geniekult zu provozieren. Gleichzeitig erklärt diese ungewöhnliche Bescheidenheit aber die große Popularität, die Rubin insbesondere bei Nachwuchswissenschaftlern hatte. Beispielsweise erinnert sich die Teilchenphysikerin und Kosmologin Chanda Prescod-Weinstein am 4. Januar in einem Blog Beitrag daran, dass Rubin die erste Wissenschaftlerin war, von der sie als junge Doktorandin nach ihrer Meinung gefragt und ernst genommen wurde.

© Rubin & Ford 1970, ApJ 159, 379, Positionen der entscheidenden Beobachtungen innerhalb der Andromeda-Galaxie aus Rubins und Fords Artikel von 1970

Die Unterstützung junger Wissenschaftlerinnen war dabei zeitlebens ein besonderes Anliegen Rubins, die ihre eigene Karriere nur mit großen Hindernissen beginnen konnte. Bereits bei der Wahl ihres Colleges gab es nur wenige Orte, an denen das Studium der Astronomie für eine Frau möglich war. Sie begann ihre Ausbildung am Vassar College, von dem sie wusste, dass hier Maria Mitchell, die erste Astronomieprofessorin Amerikas, gelehrt hatte. Für ihren Master Abschluss folgte sie ihrem Mann nach Cornell, obwohl es an dieser Universität praktisch keine astronomische Forschung gab. Rubin arbeitete entsprechend in dieser Zeit notgedrungen eigenständig zu der Frage, ob es systematische, groß-skalige Bewegungen von Galaxien gibt, wenn man die durch die Expansion des Universums bedingten Bewegungen abzieht. Bis zum Abschluss ihrer Masterarbeit hatte sie nach eigenen Angaben keinen einzigen wirklichen Astronomen getroffen. Entsprechend fehlte ihr all das Wissen über relevante Fragen, akzeptierte Methoden und entscheidende Forschungsarbeiten, das ein Wissenschaftler automatisch erwirbt sofern er Mitglied eines aktiven Forschungsinstitutes ist.

Diesen fehlenden Hintergrund bekam Rubin zu spüren, als sie 1950 auf einem Meeting der American Astronomical Society erstmalig die Ergebnisse ihrer Masterarbeit vorstellte und von den anwesenden Wissenschaftlern nachhaltig entmutigt wurde. Nach dem Master-Abschluss folgte sie ihrem Mann nach Washington, wo sie von George Gamov kontaktiert wurde und mit ihm eine Doktorarbeit zur Verteilung von Galaxien begann. Der wissenschaftliche Themenwechsel war laut Rubin dadurch begründet, dass es für sie damals als Mutter zweier Kinder keine Möglichkeit gegeben hätte, an bessere, für die Erforschung der Galaxienbewegung notwendige Daten zu kommen. Daneben hatten die Anfeindungen, die sie angesichts ihrer Masterresultate erfahren hatte, offenbar Wirkung gezeigt. Erst während ihrer Doktorarbeit gelang es ihr, sich in der astronomischen Community zu vernetzen, aber auch in ihrer weiteren Arbeit versuchte sie, kontroverse Mainstream-Themen möglichst zu vermeiden. In den 1970er Jahren kam sie auf diese Weise zur Erforschung der inneren Dynamik von Galaxien, die sie später als indirekte Evidenz für die Existenz dunkler Materie berühmt machen sollte.

© Julia Ward Howe - Reminiscences, 1819 – 1899, Public DomainMaria Mitchell, die erste Astronomieprofessorin Amerikas.

Rubin war nicht die erste, die auf die scheinbare Notwendigkeit von dunkler Materie stieß. Der Begriff selbst geht auf den Schweizer Astronomen Fritz Zwicky zurück, der 1933 die Existenz von dunkler Materie aus energetischen Überlegungen, konkret der Anwendung des Virialsatzes auf den Coma-Galaxienhaufen, folgerte. Der Amerikaner Horace W. Babcock beobachtete bereits 1939, das heißt etwa 30 Jahre vor Rubin, die Rotationsbewegung der Materie in Andromeda. Erst Rubins Resultate führten aber dazu, dass sich das Konzept der dunklen Materie in der Astronomie durchsetzte. Ihre Arbeit setzte einen fundamentalen Fortschritt für die weitere Entwicklung der Astrophysik in Gang. Andere Arbeiten, für die Gleiches gilt, wurden in Folge mit dem Nobelpreis geehrt. Darunter fallen auch Arbeiten, die einen indirekten Hinweis auf Phänomene geliefert haben, die wir, so wie die dunkle Materie, nach wie vor nicht verstehen. Ein Beispiel hierfür wäre der Nachweis der beschleunigten kosmischen Expansion, deren Ursache wir nach wie vor nicht kennen. Rubin bekam zwar von Präsident Clinton die US-amerikanische National Medal of Science verliehen, die weit öffentlichkeitswirksamere Ehrung durch das Nobelpreiskomittee wurde ihr jedoch nie zuteil. Prescod-Weinstein äußert sich in ihrem Blog-Beitrag frustriert über diese Tatsache, räumt aber gleichzeitig ein, dass Rubins wahrer Preis war, ihrer wissenschaftlichen Neugier zu folgen und anderen Menschen die Türen dafür zu öffnen, das Gleiche zu tun.

© NYTDie verpasste Chance für eine weitere Nobelpreisträgerin? Foto: NYT

Die bekannte theoretische Physikerin Lisa Randall verschaffte der Unzufriedenheit über die Nichtbeachtung Rubins in der Riege der Nobelpreisträger am 4. Januar in der New York Times prominent Gehör. Argumente, die die Nicht-Auszeichnung durch die besondere Struktur von Rubins Entdeckung begründen wollen, konkret dass ihre Entdeckung die Existenz dunkler Materie nicht abschließend beweisen konnte und sie ihre Entdeckung nicht selbst interpretierte, entkräftet Randall durch historische Beispiele von durch den Nobelpreis ausgezeichneter Arbeiten, die eine analoge Struktur aufweisen. Auf ein anderes Argument, dass Rubin weder die Einzige noch die Erste war, die zum Konzept der dunklen Materie beigetragen haben, reagiert Randall mit dem Einwand, dass Rubins Ergebnisse lange Zeit die stärkste vorliegende Evidenz darstellten, und sie davon unabhängig den Preis, wie ohnehin üblich, auch hätte teilen können.

© Rubin & Ford 1970, ApJ 159, 379, Plot der beobachteten Rotationsgeschwindigkeiten als Funktion des Abstands vom galaktischen Zentrum aus Rubins und Fords Artikel von 1970. Warum bleibt Andromeda stabil?

Vor diesem Hintergrund mutmaßt Randall, dass die Tatsache eine Rolle gespielt haben muss, dass Rubin eine Frau ist. Mit diesem Schicksal wäre Rubin wohl nicht die Einzige. Eine analoge Situation gibt es laut Randall in der Teilchenphysik, wo jede größere Entdeckung im Rahmen des Standardmodells mit einem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, bis auf die von der Physikerin Chien-Shiung Wu gemachte Entdeckung der Paritätsverletzung bei schwachen Wechselwirkungen. Von 204 Nobelpreisträgern in der Physik waren nur zwei weiblich. Ein Verhältnis, das in keiner Weise die Geschlechterverteilung der Forschercommunity widerspiegelt und nach alternativen Erklärungsansätzen verlangt. In den sozialen Medien wird die Frage erwartungsgemäß kontrovers diskutiert, inwiefern es in der Verteilung der Nobelpreise wirklich einen “Gender-Bias” gibt und welche Kriterien für die Zuteilung eines Nobelpreises maßgeblich sein sollten. Im Interview sagte Rubin: “Ich habe mich selbst in relativ kontroversen Positionen wieder gefunden, und ich mag das wirklich gar nicht.” Es ist tragisch, dass sie diese kontroverse Position selbst nach ihrem Tod nicht hinter sich lassen konnte, auch wenn die Diskussion selbst vielleicht dazu beitragen kann, eine Herzensangelegenheit Rubins weiter voran zu treiben: Jungen Forscherinnen ein weibliches Vorbild zu präsentieren, das ihnen genügend Selbstbewusstsein geben kann, um ihren Weg in der wissenschaftlichen Forschung zu verfolgen.