Frage von BatmanZer, 78

Wie kann man 'Dunkle Materie' von 'Schwarzen Löchern' unterscheiden?

Soweit ich weiß kann man Dunkle Materie und auch Schwarze Löcher ausschließlich durch den Gravitationslinseneffekt "nachweisen". Aber wie genau kann man sie dann unterscheiden.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie, 23

Hallo BatmanZer,

zunächst ein paar Erklärungen zur DM, dann wird die Frage ganz leicht beantwortbar, ja?

Die DM kann man keineswegs nur über den Gravitationslinseneffekt nachweisen. Es gibt zahlreiche Beobachtungshinweise darauf, dass im Universum mehr Masse Gravitation ausübt als wir sehen können.

Erste Hinweise fand Zwicky in den 1930ern, als er untersuchte, wie sich Galaxien in Galaxienhaufen umeinander bewegen. Er fand, dass sich die Galaxien zu schnell bewegen, ganz so, als ob sie von mehr Masse angezogen werden als man in den Galaxien über die Sternhelligkeiten abgeschätzt hatte.

Weil Zwicky ein alter Grantler war, sprachen sich seine Ergebnisse nicht so richtig rum. Das pasiierte erst in den 1970ern, als Vera Rubin analysierte, wie Sterne um ihr galaktisches Zentrum rotieren, in Abhängigkeit vom Abstand vom Zentrum. Auch sie fand erheblich zu hohe Rotationsgeschwindigkeiten. Eigentlich sollten die äußeren Sterne bei solchen Winkelgeschwindigkeiten ins All geschleudert werden - was offensichtlich nicht passiert. Es muss also mehr anziehende Masse in den Galaxien geben als man sieht.

Entsprechend dieser Messungen hat man dann überlegt, was es denn alles so für Massen gibt, die man nicht sieht. Und da zählen die Schwarzen Löcher dazu. Stellare Schwarze Löcher sind wirklich nicht soooo leicht zu entdecken. Man kann aber ihre Häufigkeit über das Alter der Galaxie einigermaßen abschätzen.

Andere Kandidaten sind herrenlose Planeten (die aus ihrem System geschleudert wurden), erkaltete Weiße Zwerge und Elementarteilchen. Seit den 1990ern weiß man z.B., dass die Neutrinos nicht ganz masselos sind. Das war lange nicht klar, aber inzwischen wissen wir, dass die Neutrinomasse winzig ist, aber nicht Null. Da bei den Fusionsprozessen in den Sternen Milliarden Neutrinos pro Sekunde in jede Raumrichtung davonflitzen, spielen auch diese winzigen Beiträge eine Rolle.

Man hat also lange versucht, in der Galaxie und dem Halo nach nicht leuchtenden Objekten zu suchen, um die fehlende Masse zu erklären.

Mittlerweile haben wir aber aich sehr gute Hinweise auf (und über) die DM aus der kosmologischen Hintergrundstrahlung. In der sind ja winzigste Schwankungen (im Promille-Bereich der Temperatur). Die Verteilung und durchschnittliche Größe der Fleckchen in der Hintergrundstrahlung sagt etwas über die Materieverteilung im ganz jungen Universum aus. Und es zeigen sich auch hier deutliche Hinweise auf DM. Mehr noch: Aus diesen sogenannten "Anisotropien der Hintergrundstrahlung" kann man eine Obergrenze für die normale Materie im Universum ermitteln.

Das heißt, dass wir aus der Hintergrundstrahlung ablesen können, wieviel alle diese nicht zu sehenden Objekte in den Galaxien beitragen können. Wir müssen also gar nicht alle siuchen und finden, um zu schauen, ob es reicht, um die Effekte der DM zu erklären, wir können eine Obergrenze angeben, wie hoch der Beitrag aller unsichtbaren Objekte aus bekannter Materie im Universum maximal sein kann.

Und da zeigt sich: Es reicht hinten und vorne nicht. Ein großer Teil dieser Dunklen Materie ist etwas anderes, eine andere, uns bislang noch nicht direkt bekannte Form von Materie. Im Moment gelten noch nicht nachgewiesene Elementarteilchen als die wahrscheinlichsten Kandidaten. Das Graviton oder das Neutralino, ein supersymmetrisches Teilchen. Wie gesagt: Noch nicht gesichert, aber die Daten zeigen schon recht gut in die Richtung Elementarteilchen.

So. Und jetzt mit diesem Vorwissen zurück zu Deiner Frage:

DM ist zunächst mal alles, was wir nicht sehen. Dazu zählen auch einfach nicht leuchtende Objekte wie die SL. Aber das reicht nicht. Wesentliche Anteile der DM sind wirklich etwas anderes, sehr wahrscheinlich noch nicht nachgewiesene Elementarteilchen. Diese haben die Eigenschaft, Schwerkraft auszuüben, aber mit elektromagnetischer Strahlung einfach nicht zu wechselwirken. Licht geht ungehindert durch sie durch, so wie Neutrinos durch uns.  Die DM können wir bereits in der kosmologischen Hintergrundstrahlung nachweisen.

SL sind natürlich nicht alt genug, um bei der Hintergrundstrahlung schon eine Rolle zu spielen. Sie entstehen erst später, in den ersten Galaxien. SL sind nicht zu sehen, weil Licht aus ihrem Inneren nicht hinausdringt. Sie machen nur einen kleinen Teil der unsichtbaren Materie aus.

Grüße

P.S.: Einen super Text in 7 Teilen über die DM findest Du bei Florian Freistetter:

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

Kommentar von BatmanZer ,

Vielen Dank für diese ausführliche Antwort. Eine Frage hätte ich noch. Woher weißt man, wenn man am Himmel das abgelenkte Sternenlicht dahinter liegender Sterne sieht, ob es nun durch ein SL oder durch DM abgelenkt wurde?

Kommentar von uteausmuenchen ,

Hallo BatmanZer,

erst mal danke für das Sternchen! Ich freu' mich.

Beim Gravitationslinseneffekt sieht man ja nicht nur, dass das Licht abgelenkt wurde, man kann auch auf die ablenkende Masse schließen. Wenn dann das Volumen, in dem die Masse sitzt, so klein ist, dass die Dichte bestimmte Grenzen deutlich überschreitet, ist das ein deutlicher Hinweis auf ein SL.

Grüße

Antwort
von SlowPhil, 23

Die Frage ist falsch gestellt, zumindest teilweise. Dass Dunkle Materie ausschließlich, überwiegend oder auch nur wesentlich aus exotischen Materieformen besteht, ist ja keinesfalls gesagt.

Laut

https://en.wikipedia.org/wiki/Massive_compact_halo_object

zählen Schwarze Löcher zu den MACHOs, von denen man nicht genau weiß, welchen Teil der Dunklen Materie sie ausmachen.

Das es im Halo der Milchstraße welche gibt, scheint aber unstreitig zu sein.

Nach meinem Dafürhalten ist »Dunkle Materie« ein Sammelbegriff, der beides enthält: Exotische Formen von Materie oder sonst irgendwie kondensierter Energie und eben MACHOs, Schwarze Löcher eingeschlossen.

Kommentar von Astroknoedel2 ,

Da muss ich leider widersprechen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass unter dem Begriff  "Dunkle Materie" Schwarze Löcher nicht miteingeschlossen werden. 

MACHOS stellen nur eine mögliche Erklärung für Dunkle Materie dar. Dunkle Materie ist die Substanz, die für Wechselwirkungen im Universum sorgt, die sich nicht mit anderen Mitteln erklären lassen.

Antwort
von emily2001, 34

Hallo,

siehe:

https://www.gutefrage.net/frage/was-ist-der-unterschied-zwischen-schwarzen-loech...

Emmy

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