Materie, wer hat die gesamte Materie im Universum zusammengerechnet?

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5 Antworten

Hallo thebestcouple,

das ist eine sehr gute Frage. Im Universum gibt es die "kritische Dichte". Diese besagt, wie Dicht die Masse sein muss, damit das Universum aufgrund seiner eigenen Gravitation zu einem Punkt zusammenfällt. 

Also wurden Messungen zur Geometrie des Universums durchgeführt und siehe da, es ist eiklidisch. Was dies nun für die Dunkle Materie heisst, erzähle ich dir jetzt.

Um die Dichte auszurechnen, benutzt man den sogenannten O-Dichteparameter. Er ist zusammengesetzt aus den wesentlucjen Dingen, wie Energie, Masse usw. Da wir ja aus Messungen der Rotationsgeschwindigkeit der Galaxien und der Bewegungen der Galaxienhaufen wissen, gibt es eine neue Art von Materie, die wir in den Dichteparameter hinzuzählen müssen. ( Hier nebenbei, ich halte nichts von der MOND-Hypothese, welche eine alternative Erklärung für die Phänomene sucht).

Damit der Dichteparameter ganzzahlig, also euklidisch wird, muss man auch noch etwas anderes hinzuzählen; die Dunkle Energie.

Frohe Weihnachtszeit,

Astroknoedel

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Kommentar von thebestcouple
16.12.2015, 21:10

Super, dank dir! Wüsstes du wo ich dazu noch eine Publikation finden würde?

Wünsche dir auch eine Frohe Weihnachtszeit :)

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Hallo thebestcouple,

die aller erste astronomische Beobachtung die zur Postulierung Dunkler Materie führte, war die Vermessung der kinetischen Energie des Coma-Galaxienhaufens, ausgehend vom Astronomen Fritz Zwicky. Zwicky interessierte sich seiner Zeit sehr, für Galaxienhaufen. Damit bezeichnet man verhältnismäßig eng konzentrierte Ansammlungen aus mehreren Tausend Galaxien, die sich in ihrem gemeinsamen Gravitationsfeld wechselseitig beeinflussen.

Zwicky konnte für viele Einzelgalaxien des Haufens die Radialgeschwindigkeiten präzise vermessen. Aufgrund der Tatsache, dass der Coma-Galaxienhaufen (sein Studienobjekt) keinem nennenswerten Energieaustausch mit seiner Umgebung unterliegt, und die ermittelten Geschwindigkeiten der Galaxien unter der Fluchtgeschwindigkeit des Haufens lagen, konnte er die Masse des Galaxienhaufens anhand der individuellen Massenbewegungen, sicher und genau bestimmen.

Zusätzlich bediente er sich dann eines Verfahrens, dass es ermöglicht, anhand der im Haufen vorhandenen Leuchtkräfte auf die Massen zu schließen. Er kam auf eine sehr große Diskrepanz in den Resultaten beider Methoden, und schloss daher als erstes auf eine Art von Materie, die lediglich gravitativ wechselwirkt, und für das bloße Auge unsichtbar ist. 

Im Laufe der Jahrzehnte verdichtete sich diese 1933 getroffene Annahme durch zusätzliche Beobachtungen. Beispielsweise rotieren Galaxien in ihren Außenbezirken, für die Masse die anhand der beobachteten Leuchtkraft dort versammelt sein muss, viel zu schnell! Eine Form der Materie muss für die asymmetrischen Geschwindigkeitsverteilungen in der axialsymmetrischen Scheibe verantwortlich sein. Zusätzlich ist die Beobachtung heißer Gaswolken um Galaxien und vor allem Galaxienhaufen, ohne diese Form der DM nicht zu erklären. Die Einzelgeschwindigkeiten der strahlenden Baryonen übeträfen schon sicher die Fluchtgeschwindigkeit der Heimatgalaxie und würden in den Kosmos entweichen, gäbe es nicht zusätzliche Gravitationskräfte durch die beteiligte Dunkle Materie.

Und zu guter letzt gibt es auch noch die Beobachtung sogenannter Warps in schräg versetzten galaktischen Scheiben. Diese Warps (auf Bildern von Warp-Galaxien gut zu erkennen) können nur durch eine Störung verursacht werden, die auch in der Dunklen Materie ihr Dasein gefristet haben muss.

Wie man nun darauf kommt, wie viel Prozent an Dunkler Materie das Universum ausmachen?

Das macht man über die Aufsummierung einzelner Raumvolumina unter der Annahme des kosmologischen Prinzips. Das sagt schlicht formuliert aus, dass das Universum mitsamt der Materieverteilungen auf großen Längenskalen homogen und isotrop ist. Errechnet man nun innerhalb eines gewissen Raumvoluminas die dort konzentrierte Masse, und rechnet sich bei der Kenntnis der Größe des sichbaren Universums auf weitere Skalen auf, erhält man natürlich mit einer gewissen Unsicherheit behaftet, den Anteil den die Dunkle Materie und baryonische Materie am Dichteparameter Omega zusammengerechnet haben.

Lg Nikolai ;)

P.S. Die Dunkle Materie wurde nicht herangezogen um den Expansionsverlauf des Kosmos iwie zu erklären. Dafür ist die Dunkle Energie zuständig. Auch beschleunigt sich die Expansion des Universums seit etwa 6 Milliarden Jahren und verlangsamt sich nicht.

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Kommentar von Astroknoedel
18.12.2015, 20:43

Das ist eine schöne Antwort. 

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Hallo thebestcouple,

Dunkle Materie sollte ja das Problem der Expansiongeschwindigkeit lösen. Nämlich würde das Universum viel schneller expandieren, wenn man nur von der sichtbaren Masse ausginge.

Eigentlich ja nicht. Die Evidenz für DM kommt aus anderen Beobachtungen.

Die Expansionsgeschwindigkeit des Universums ist sogar schneller als erwartet, bzw. dass sie scheinbar zunimmt, ist etwas, was man nicht erwartet hatte. - Tatsächlich ist die Beschleunigung ein Hinweis auf die DE, die Dunkle Energie.

Die Dunkle Materie sehen wir eher in den Rotationsgeschwindigkeiten der Galaxien, bei der Masseverteilung beim Bullet Cluster, bei einigen Gravitationslinsen - und auch über die Anisotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung. Aus den WMAP-Daten haben wir auch die genauesten Abschätzungen der Verhältnisse.

Eine Arbeit, die diese Auswertung beschreibt, wäre diese hier:

http://arxiv.org/pdf/0803.0732v2.pdf

Aber es ist bestimmt nicht die einzige solche Arbeit und auch gewiss nicht die erste.

Falls Dich interessiert, woher man was über die DM weiß, dann würde ich Dir diesen Vortrag empfehlen:

Das ist ein 3teiliger Vortrag, den Edward Kolb am Cern gehalten hat. Obacht: Das ist keine leichte Kost, weil er den Vortrag ja vor Teilchenphysikern hält. Lang ist er außerdem. Und auf Englisch natürlich auch. Also sei gewarnt.

Aber danach weißt Du dann, warum man z.B. davon ausgeht, dass die normale baryonische Materie zur Erklärung der Effekte nicht ausreicht. olb stellt auch alle möglichen Messkurven vor. Viel Originalbilder also. ;-)
Grüße

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Kommentar von ALEMAN2015
17.12.2015, 02:36

"Sehen" koennen wir die dunkle Materie ja nicht, wir koennen sie auch nicht messen. Es handelt sich um eine Arbeitshypothese, um bestehende mathematische Modelle sowie Interpretationen von Messergebnissen nicht unstimmig werden zu lassen.

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das war Fritz Zwicky..

Der ist als erstes draufgekommen, dass da was nicht stimmt und dass noch mehr da sein muss...

auf e wiki zu seinem Namen findest du link zur Arbeit...

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Einen Urheber dieser Berechnungen gibt es wohl nicht, aber es gibt verschiedene Wege zur Ermittlung dieser Groesse, die mehr oder weniger uebereinstimmend zu einem Wert von ca. 10 hoch 53 kg fuehren.

Eine dunkle Materie "muss" es nicht geben, da man ja noch nicht einmal weiss, ob bzw. wie schnell das Universum expandiert. Einschlaegige Annahmen beruhen auf einer Interpretation der gemessenen Rotverschiebung, die aber hoechst zweifelhaft ist.

Generell gilt: Bevor man exotische Annahmen trifft, sollte man sich zunaechst Sicherheit ueber die Datenbasis verschaffen.

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Kommentar von uteausmuenchen
17.12.2015, 22:10

ALEMAN,

Eine dunkle Materie "muss" es nicht geben, da man ja noch nicht einmal weiss, ob bzw. wie schnell das Universum expandiert.

Naja, dass da eine Expansion ist, das ist schon sehr gut nachgewiesen...

... ist aber für die Dunkle Materie höchstens am Rande interessant. Du verwechselst das hier mit der Dunklen Energie.

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