Frage von clown11, 59

gibt es hier jemanden der mit mir was zur dunklen materie sagen kann die (bitte keine wikipedia einträge )?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie, 20

Hallo clown11,

was möchtest Du denn wissen zur Dunklen Materie? Mit dem Thema könnte man schließlich auch Bücher füllen...

In Kürze: Bereits seit den 30er Jahren gab es erste Beobachtungshinweise: die zu hohen Rotationsgeschwindigkeiten von Galaxien in Galaxienclustern, die schon Zwicky auffielen. Die Bewegung von Massen umeinander folgt dem Graviationsgesetz. Kennt man also aus anderen Messungen die Masse von Galaxien, dann kann man errechnen, wie sich die Galaxien in Clustern umeinander bewegen müssten. Zwicky fand, dass sich die Beobachtungen aber nur erklären lassen, wenn in den Galaxien mehr - sehr viel mehr - Masse ist, als sich über die sichtbaren Objekte ergibt.

Nun muss man sagen: Zwicky war wohl kein einfacher Mensch und er hatte sich mit den meisten Kollegen zerstritten. Auch in der Astrophysik menschelt es halt: Seine Ergebnisse gerieten einfach in Vergessenheit. ... Bis in die 1970er.

Dann hat Vera Rubin angefangen, die Bewegungen von Sternen in den Galaxien zu untersuchen. Da die Gravitationskraft mit dem Quadrat des Abstandes abfällt, hat man erwartet, dass Sterne langsamer um das galaktische Zentrum rotieren, je weiter sie davon entfernt sind. Vera Rubin wies für mehrere Galaxien nach, dass das nicht der Fall ist: Der Verlauf der Rotationsgeschwindigkeit der Sterne bildet mit größeren Abständen ein Plateau, bleibt also etwa konstant.

Diese Messreihe nahm man nun wirklich ernst. Auch sie lässt sich erklären, wenn mandavon ausgeht, dass unbeobachtbare Masse (zusätzlich zur sichtbaren) in den Galaxien vorhanden ist.

Bis heute gibt es eine ganze Reihe von Beobachtungsdaten, die Hinweise auf die Existenz von Materie geben, die wir nicht sehen - nicht sehen, weil sie anders als normale Materie nicht mit Licht wechselwirkt. Das Licht dringt ungehindert und unverändert hindurch - es wäre also eigentlich richtiger von "Unsichtbarer Materie" zu sprechen, satt von "Dunkler Materie".

Der "Bullet-Cluster liefert zum Beispiel weitere wichtige Beobachtungsdaten: Hier sind 2 Galaxienhaufen ineinander gerumpelt (wie die Milchstraße und die Andromeda das einmal machen werden). Die theoretische Erwartung ist, dass dabei heiße (ionisierte) Gaswolken miteinander elektromagnetisch wechselwirken und deshalb in ihrer Bewegung abgebremst werden. Man kann jetzt über Gravitationslinseneffekte messen, wo die größten Massen im System liegen - und über visuelle Aufnahmen in verschiedenen Wellenlängenbereichen, wo die sichtbare Materie und die Gaswolken sind.

Im Ergebnis sitzt der Massenschwerpunkt vor den Gaswolken - ist also mit unveränderter Geschwindigkeit weitergeflogen, während die Gaswolken durch die elektromagnetische Wechselwirkung der Teilchen gebremst worden. Masse und Gas wurden beim Zusammenstoß also getrennt. Ein weiterer deutlicher Hinweis darauf, dass es in den Galaxien unbeobachtete Massen gibt.

Spätestens an dieser Stelle muss man natürlich fragen: Was käme denn da in Frage? Es gibt ja alle möglichen "normalen" nicht beobachtbaren Objekte in so Galaxien. Planeten zum Beispiel. Erloschene Sterne. Schwarze Löcher - und (viel kleiner, aber nicht ganz masselos) zum Beispiel Neutrinos.

Könnten alle diese Objekte in der Summe die Dunkle Materie ausmachen?

Nein. Denn wieder aus ganz anderen Messungen kann man Obergrenzen für die Menge dieser Objekte bestimmen. Wir wissen nicht genau wie viel solche dunklen Objekte es in Galaxien gibt, wir können aber abschätzen, wie viel Masse maximal so versteckt sein kann... und das reicht hinten und vorne nicht, um die eben geschilderten Beobachtungen zu erklären.

Dann wurde vorgeschlagen, dass ja unser Gravitationsgesetz falsch sein könnte. So wie die Newtonschen Formeln in der Relativitätstheorie für hohe Geschwindigkeiten modifiziert wurden, könnte es ja sein, dass man sie für extrem große Entferungen auch anpassen muss.

Gut - das könnte sein... aber Messungen an der kosmischen Hintergrundstrahlung zeigen, dass man (zumindest mit den vorgeschlagenen Modellen MOND und TeVeS) die Dunkle Materie so nicht los wird.

Die genauen Messungen von WMAP und PLANCK zeigen ja feine Strukturen in der Hintergrundstrahlung. Diese Vermessungen der "Anisotropien" (Ungleichmäßigkeiten) können die modifizierten Newtonschen Theorien nicht erklären - sie liefern das dritte Hauptmaximum nicht - wenn man nicht auch in ihnen (mathematisch etwas anders, aber vom physikalischen Sinn her gleich) unsichtbare Materie mit einführt.

Aus der Gesamtheit aller Messdaten ergibt sich also erstens unsichtbare Materie, die nicht der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegt, der Gravitation aber schon, die aber nicht "normale unsichtbare Materie" ist, weil wir deren Obergrenze kennen und die nicht ausreicht, um die Effekte zu erklären.

Was Astrophysiker hier so überzeugt, das ist die Konvergenz der Daten: Alle Beobachtungem werden durch ein(!) Modell erklärt - ohne weitere Zusatzannahmen. Und das war immer ein sehr deutlicher Hinweis, dass man da einem echten Phänomen auf der Spur ist, wenn sich Hinweise aus völlig unterschiedlichen Beobachtungen häufen.

Als "heißester Kandidat" gelten bislang unentdeckte Elementarteilchen ("Whimps"), wie supersymmetrische Partner (Neutralino) oder auch das Graviton. Die Suche nach der DM läuft also auch an den großen Teilchenbeschleunigern.

Grüße

P.S.: Ja, ich weiß, Du wolltest keine Links - aber der hier ist wirklich gut: Der Astrophysiker Florian Freistetter hat zur DM eine 7teilige Artikelserie geschrieben, die das eben Gesagte deutlich ausführlicher und auch mit Abbildungen erklärt. Vielleicht liest Du Dir die 7 Artikel ja doch einmal durch...?

https://www.goodreads.com/author_blog_posts/4426260-dunkle-welten-alles-ber-dunk...

Grüße

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