Dunkle Materie

Hallo Mane,

gute Herangehensweise
Lass es uns so formulieren: Es ist erwiesen, dass es den 'Effekt' der "Dunklen Materie" gibt. "Materie" impliziert baryonische Materie, daher ist der Begriff etwas irreführend. So beschrieben würde ich dem zustimmen. Aber dunkle Materie "zum Anfassen" wurde halt noch nicht nachgewiesen bzw wenn doch, wird es halt nicht mehr als "Dunkle" Materie beschrieben. Deshalb kann man aber bisher eben keine "Dunkle Materie" an sich nachweisen, sondern nur deren Effekt.

Eine Frage habe ich allerdings noch zu deinem Beitrag: Auf welche Beispiele beziehst du dich, wenn du mit dem Gravitationslinseneffekt argumentierst? Galaxienhaufen sieht man sehr wohl als Gravitationslinsen, ebenfalls z.B. indirekt schwarze Löcher, die wie ich bereits beschrieben habe unter Umständen ebenfalls noch nicht entdeckt wurden und somit noch zur "dunklen Materie" gezählt werden können.

Ich denke einfach, dass wir "zu wenig" darüber wissen, welche Baryonische Materie nicht sichtbar ist (siehe mein voriger Post). Es werden vermutlich mehrere der beschriebenen Verhalten sein... Neutrinos, die naturgemäß nicht interagieren, aber doch eine Masse aufweisen und was nicht schon alles erwähnt wurde... vielleicht auch Gravitation, die einen sich selbst verstärkenden Charakter hat, aber solch ein Effekt müsste meine Meinung nach doch nachweisbar sein.


Viele Grüße
Tobias

Wirfst du gerade die Neutrinos auf den Haufen der "baryonischen Materie"? Baryonen sind Teilchen, die laut Modell aus drei Quarks bestehen, also z.B. Protonen und Neutronen. Elektronen gehören schon nicht mehr dazu. Baryonische Materie ist also aus Baryonen aufgebaut unter Verwendung von anderen Teilchen. Neutrinos entstehen zwar bei bestimmten Kernprozessen wie dem Betazerfall, kommen aber anscheinend sonst nur ungebunden vor und stellen damit keinen Teil der baryonischen Materie dar. Es gibt also ganz klar Materie, die nicht-baryonisch ist. Die Neutrinos gehören dazu, die nicht näher bestimmte Dunkle Materie ebenfalls.

Ja stimmt, zur "baryonischen Materie" gehören Neutrinos natürlich nicht, das wollte ich auch nicht ausdrücken. Aber Elektronen würde ich schon dazu zählen, weil baryonische Materie (zumindest bei Wikipedia) als Synonym für unsere "anfassbare Materie" genutzt wird und das Elektron hier zentraler Bestandteil ist.

Dass es Materie gibt, die nicht-baryonisch ist, erklärt sich ja auch aus dem Standardmodell.

Zurück zum Thema "Dunkle Materie": Ich denke, wir sollten uns, um nicht aneinander zu reden die Frage stellen: "glauben" wir eher daran, dass unsere Messungen falsch und ungenau sind oder "glauben" wir eher, dass unser Theorien über die makroskopischen Zusammenhänge im Universum unvollständig sind? Ich glaube eher, dass unsere Messungen unvollständig sind und sehe den Begriff "Dunkle Materie" eher aus ungenauen Messungen / Beobachtungen hervorgehen. Wer sagt, dass Dunkle Materie existiert, die man nicht erklären kann, der sagt damit ja eher, dass unsere Theorien unvollständig sind. Das ist natürlich auch der Fall, die Frage ist nur, ob das die besagten Auswirkungen hat.
Zur Zeit tendiere ich halt eher dazu, dass unsere Messungen nicht genau genug sind. Aber das heißt nicht, dass ich andere Möglichkeiten ausschließen möchte.


Viele Grüße
Tobias

Messungenauigkeiten oder Messfehler kann man definitiv ausschließen. Das erste was ein beobachtender Wissenschaftler macht ist eine Messung bestätigen zu lassen. Natürlich von einem anderen, unabhängigen Team.

Wir reden hier nicht von etwas, das 0,1% oder so der Materie im Universum ausmacht. Wir reden vom überwiegenden Teil. Natürlich gab es in den letzten Jahrzehnten 100.000sende Messungen von verschiedensten Teams und verschiedenster Hardware. Und alle kommen zum praktisch exakt gleichen Ergebnis.

Also gibts nur noch zwei Möglichkeiten. Entweder unsere Beschreibung der Natur ist grundlegend falsch oder da ist noch was. Ich sag jetzt nicht, dass unsere Formel zur Beschreibung der Natur fehlerfrei oder gar war sind, aber sie funktionieren an so vielen verschiedenen anderen Stellen so verdammt gut, das man sagen muss: Wenn die grundlegend falsch sind, dann sind sie verdammt gut falsch.

Ich kann ehrlich gesagt nicht nachvollziehen, warum manche Menschen so ein Problem damit haben die Möglichkeit der Existenz einer Form von Materie in Betracht zu ziehen, die man nicht sehen kann (die also nicht mit Strahlung wechselwirkt). Spätestens seit dem Nachweis der Neutrinos ist doch zweifelsfrei bewiesen, dass es solche Teilchen gibt. Ist es wirklich so absurd, dass es neben den Neutrinos noch weitere solcher Teilchen geben KÖNNTE?

Mane

Vielen Dank speziell an Mane, Schillrich und Sputnik für die Beschreibungen.
Grundsätzlich kann man also sagen:
- DM "klumpt" nicht, da sie aussschließlich gravitativ wirkt, und daher keiner "Reibung" unterliegt
- aus diesem Grunde ist sie ausgesprochen gleichmäßig verteilt. Es gibt genauso viel davon hier im Sonnensystem wie im Raum bis zum nächsten Sternensystem.
- D.h. hier im Sonnensystem ist sie so gering vorhanden, daß die Bahnen der Planeten hauptsächlich Newtons (bzw. Einsteins im Falle von Merkur) Gesetzen entsprechen und man die DM vernachlässigen kann
- aber im Vergleich zu der sehr punktuell verteilten baryonische Materie, wo es nur alle paar Lichtjahre mal eine nennenswerte Masse in Form eines Sternensystems gibt, ist die DM überall, auch in den Räumen zwischen den Sternen
- diese Räume sind ganz schön groß; daher ist auch insgesamt unter'm Strich mehr DM vorhanden als baryonische Materie
- man kann sie also lokal kaum messen, weil sie um einen Stern herum nicht relevant wirkt, aber insgesamt stimmt es dann aber doch mit ihrem dominanten Anteil, da die Leerräume zwischen den Sternen schrecklich groß sind und dadurch die Gesamtmasse trotzdem viel höher ist

Soweit richtig verstanden?

Nun eine Frage:
- wenn zwei Galaxien kollidieren, fliegt die DM dann weiter, weil sie ja der Reibung nicht unterliegt? Haben kollidierte Galaxien dann weniger DM als nicht kollidierte? Müßten die sich dann nicht anders verhalten als solche mit DM? (gerade bezüglich des Rotationsparadoxon)? Allerdings scheinen ja eh schon viele aktuelle Galaxien das Ergebnis von Kollisionen zu sein.

Hallo Prodadtron

...
Nun eine Frage:
- wenn zwei Galaxien kollidieren, fliegt die DM dann weiter, weil sie ja der Reibung nicht unterliegt? Haben kollidierte Galaxien dann weniger DM als nicht kollidierte? Müßten die sich dann nicht anders verhalten als solche mit DM? (gerade bezüglich des Rotationsparadoxon)? Allerdings scheinen ja eh schon viele aktuelle Galaxien das Ergebnis von Kollisionen zu sein.

Volker hat hier dazu etwas geschrieben, bzw. das steht hinter dem zweiten Link in seinem Beitrag:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=607.msg340832#msg340832

Hallo rok,

wenn ich für diesen Thread geschrieben hätte, hätte ich sicher anders formuliert.

Zitat rok

Und nein, Materie und Antimaterie können nicht im "gleichen Raum" existieren, da sie sich dabei sofort gegenseitig vernichten.

Aber Gott sei dank muss es hier auch eine oder mehrere Ausnahmen geben, sonst würde es uns heute nicht geben.
Materie und Antimaterie entstehen immer zu gleichen Teilen.
Bei einem Urknall müssen sich beide den gleichen Raum teilen. Momentan geht man von einem kleinen Ungleichgewicht zugunsten der Materie aus, was heute die Masse des Universum darstellt.
Ich frage mich wie man das beweisen soll, das Ungleichgewicht...
Ohne einen entsprechenden Beweis ist es nur eine Vermutung und damit gleichwertig zu behandeln mit meiner Vermutung, dass die Antimaterie immer noch vorhanden ist.
Ein Beleg dafür kann sein, dass im Weltall Antimateriestrahlung nachgewiesen wird.
Ich vermute, wo das herkommt muss noch mehr davon sein.

Falls beim Jupiter Antimaterie entsteht, muss dort auch die gleiche Menge Materie entstehen und nicht nur dort.

Antimaterie besitzt ebenso wie Materie eine Masse und würde von Massezentren wie Planeten oder schwarzen Löchern gleichermassen angezogen. Keine Ahnung warum die sich nicht vernichten, aber Elektronen und Protronen in einem Atom müssten sich auch gegenseitig anziehen. Die Elektronen bleiben aber auf Distanz und bilden die Basis unserer Chemie.

Wir haben also eine Menge Masse, von der keiner weiss, wo sie abgeblieben ist und auf der anderen Seite vermissen wir noch mehr Masse, von der wir nicht wissen, was das sein könnte.
Ich denke man darf fragen, ob beides nicht etwas miteinander zu tun hat.

@ mfjenzevski
Also ich möchte sagen alle Achtung, ich hätte mir so ein Thema nicht zugetraut!

Gruss kfelske

Wir haben also eine Menge Masse, von der keiner weiss, wo sie abgeblieben ist und auf der anderen Seite vermissen wir noch mehr Masse, von der wir nicht wissen, was das sein könnte.
Ich denke man darf fragen, ob beides nicht etwas miteinander zu tun hat.

Ich seh keinen Grund, warum das Materie-Antimaterie-Ungleichgewicht etwas mit der Dunklen Materie Problem zu tun haben sollte. Für Antimaterie haben wir einen eigenen Thread. Dort habe ich auch dazu geantwortet.

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=295.msg343821#msg343821

Mane

Harald Lesch erklärt mit seiner unverwechselbaren Art die Grundlagen der "Dunklen Materie":
(Als Ergänzung zum Video in Post #332)

Möge die dunkle Macht mit Dir sein. Spass beiseite. Ein sehr guter und vorzüglich erklärter Vortrag über die Dunkle Materie. So sind wir es von Harald Lesch gewohnt.

Ein Interview mit Alan Duffy, Wissenschaftler am SABRE Projekt zu Detektion Dunkler Materie in einem Australischen Goldbergwerk (ABC Podcast):

Astrophysicist Alan Duffy is mining for dark matter

(Alle Interviews dieser Reihe mit Richard Fidler sind sehr hoehrenswert, egal wen er einlaedt. War noch nie etwas uninteressantes oder langweiliges dabei).

Hallo,
bin gerade auf einen Artikel in Spektrum der Wissenschaften gestoßen:

http://www.spektrum.de/news/wie-gross-koennen-schwarze-loecher-werden/1390519

Da werden Schwarze Löcher postuliert die keinen leuchtenden Gasrand am Ereignishorizont haben und deshalb nur schwer zu entdecken wären.

Könnten solche Schwarzen Löcher als Dunkle Materie durchgehen?

MfG
Grax

Hallo guldental,

vielleicht locken dich hier die ähnlichen (alltags)sprachlichen Bedeutungen von "schwarz" und "dunkel" auf Irrwege.

Dunkle Materie wäre eine Materieform, die nicht elektromagnetisch wechselwirkt. Das heißt direkt: keine Photonen, kein Licht, keine klassischen Atome. Das heißt aber auch: keine Reibung untereinander, keine Zusammenballung zu festen Körpern. Die Bausteine der dunkle Materie könnten also keine Körper bilden ... keine Sterne oder Planeten.

Die im Artikel genannten Schwarzen Löcher hätten einfach nur ihre Obergrenze im klassischen Wachstum erreicht, wären sonst aber ganz "normale", kompakte Himmelskörper aus klassischer Materie, die Licht erzeugen aber nicht aussenden.

Hallo guldental,

vielleicht locken dich hier die ähnlichen (alltags)sprachlichen Bedeutungen von "schwarz" und "dunkel" auf Irrwege.

Dunkle Materie wäre eine Materieform, die nicht elektromagnetisch wechselwirkt. Das heißt direkt: keine Photonen, kein Licht, keine klassischen Atome. Das heißt aber auch: keine Reibung untereinander, keine Zusammenballung zu festen Körpern. Die Bausteine der dunkle Materie könnten also keine Körper bilden ... keine Sterne oder Planeten.

Die im Artikel genannten Schwarzen Löcher hätten einfach nur ihre Obergrenze im klassischen Wachstum erreicht, wären sonst aber ganz "normale", kompakte Himmelskörper aus klassischer Materie, die Licht erzeugen aber nicht aussenden.

Hallo Schillrich,
das ist nicht ganz richtig. Dunkle Materie wird ja aufgrund "falscher" Gravitation postuliert. Letztendlich verstehst man darunter alles, was man nicht beobachtet hat aber einen gravitativen Einfluss haben muss. Unter anderem wurden auch schon Staub- und Gaswolken sowie braune Zwerge in betracht gezogen. Allerdings reicht das nicht aus, denn die Masse davon die man benötigen wurde, um die gemessenen Effekte zu beschreiben, hätte Einfluss auf die Sternenentwicklung. Daher kann man es ausschließen dass dunkle Materie nur aus solchen Gas-/Staubwoklen besteht. Lange hat man ja den Neutrinos eine Verantwortung dieser Effekte zugewiesen, aber inzwischen weiß man, dass sie viel zu leicht dafür sind.

Prinzipiell können also nicht beobachtbare Schwarze Löcher durchaus einen Anteil an "Dunkler Materie" haben.
Alternativ forscht man eben auch an "nicht-baryonischer" dunkler Materie. Die ist das, was du meinst und die nicht elektromagnetisch wechselwirkt. Dass es bei ihr keine Reibung und keine Bildung von Körpern gibt halte ich für eine steile Hypothese, da es auch Konzepte gibt, die eine neue fundamentale Wechselwirkung im dunklen Sektor einführen. Je nach Kopplungsstärke dieser Wechselwirkung ist also auch Körperbildung und Reibung durchaus möglich. Wobei Reibung bis zu einem gewissen Punkt sowieso möglich sein muss, da ja bereits die Gravitation eine gewissen Reibung verursacht. 
Andere Konzepte für Dunkle Materie gehen von WIMPS (weakly interacting massive particles) aus, also sehr (relativ) schweren Elementarteilchen im GeV-TeV Bereich, die aber nur über die schwache Wechselwirkung interagieren. Also sowas wie sehr schwere Partner der Neutrinos.
Das schöne an den WIMPS ist, dass die Vorhersage ihrer Masse im Lambda-CDM-Modells (das kosmologische Standardmodell) mit der Vorhersage des supersymmetrischen Partners des Neutrinos in der Supersymmetrie (Standardmodell der Teilchenphysik) übereinstimmt.
Das unschöne daran: langsam ist man an dem Punkt, an dem man nahezu den ganzen Parameterraum der SUSY ausgeschlossen hat und immer noch kein supersymmetrisches Teilchen gefunden hat... Wenn das so weiter geht ist spätestens nach dem nächsten Run im LHC die SUSY tot und damit eben auch die Eleganz der WIMPS zur Erklärung der Dunklen Materie....

...
Alternativ forscht man eben auch an "nicht-baryonischer" dunkler Materie. Die ist das, was du meinst und die nicht elektromagnetisch wechselwirkt. Dass es bei ihr keine Reibung und keine Bildung von Körpern gibt halte ich für eine steile Hypothese, da es auch Konzepte gibt, die eine neue fundamentale Wechselwirkung im dunklen Sektor einführen. ...

Welche These ist denn jetzt "steiler"?

Wenn man keine elektrondynamische Wechselwirkung hat, ergibt sich automatisch: keine Reibung und kein Zusammenhaften der Teilchen, da keine Wechselwirkung der Atomhüllen stattfindet (wenn es überhaupt Atomhüllen gäbe ... gibt es ohne Elektrodynamik aber auch schon nicht). Das ist dann keine "steile These", sondern eine Schlussfolgerung aus dem Konzept der nicht-baryonischen Materie.

Wenn du jetzt zusätzlich noch eine neue Fundamentalkraft postulierst (um den Mangel an Reibung auszugleichen), dann ist das doch die "steile Hypothese".

Mir ging es darum, dass solch eine Aussage "es existiert/es existiert keine Reibung.." jeweilse einen Teil der Modelle ausschließt obwohl es dafür kein experiementellen Gründe gibt. Ich wollte also eher darauf hinaus, dass man aktuell einfach nicht sagen kann, ob sich "dunke Körper" bilden und Reibung existiert 

Die Dunkle Materie wurde doch "erfunden", um Einiges am Zustand/Verhalten/Ausdehnung etc. des Universums zu erklären. Wie aber kann etwas, das mit nichts wechselwirkt, auch nicht mit sich selbst, auf das Universum einwirken?
Im Moment wärs mir lieber , wenn man das als ein ewiges Welträtsel postuliert. Damit könnt ich leben 

Die Dunkle Materie wurde doch "erfunden", um Einiges am Zustand/Verhalten/Ausdehnung etc. des Universums zu erklären. Wie aber kann etwas, das mit nichts wechselwirkt, auch nicht mit sich selbst, auf das Universum einwirken?
Im Moment wärs mir lieber , wenn man das als ein ewiges Welträtsel postuliert. Damit könnt ich leben 

Die Theorie ist, dass Dunkle Materie nur über Gravitation wechselwirkt (aber eben über diese Kraft schon!)

Das habe ich bei der DM einfach noch nicht verstanden:

Die Wechselwirkung der DM erfolgt gravitativ nicht nur mit DM selber, sondern auch mit "normaler" baryonischer oder zumindest "sichtbarer" Materie. Diese ist aber durchaus in der Lage, die Energie die sie aus der gravitativen WW zugeführt bekommt, in Wärmeenergie bspw. durch Reibung umzuwandeln, abzustrahlen und dadurch auch auf diesem Umweg der DM zu entziehen.

Auf diesem indirekten Weg ist dann doch auch die DM nicht "völlig losgelöst" vom Einfluss durch beobachtbare Materie, beispielsweise bei der Verschmelzung von Galaxien o. ä. oder?

Robert

Hallo Robert,

ja, deren Orte sollen korrelieren. Daher soll es ja auch DM-Halos um Galaxien geben.

Rein mengenmäßig müsste man die Wirkung aber wohl andersherum beschreiben: da wo DM sich ballt (warum auch immer),  sollte sich auch die baryonische Materie ballen.

Gibt es bis heute irgend ein Versuch der DM oder DE bestätigt?

Vermutlich nicht.

Das bedeutet also, dass sich die Strukturen aus normaler und dunkler Materie gegenseitig verstärken. In den Bereichen mit einer erhöhten Konzentration an DM wird sichtbare Materie (Gas und Staub) gravitativ "angesaugt" und strahlt dabei die freiwerdende kinetische Energie ab. Gleichzeitig wird durch die Wechselwirkung mit der DM auch Energie aus der DM abgezogen und als elektromagnetische Energie abgegeben. Dadurch sammelt sich die DM im Umfeld der Materiekonzentration stärker an und müsste eigentlich in sehr ferner Zukunft zum Kollabieren der Galaxien führen.

Ok, soweit verstanden, aber in die Diskussion, ob DM wirklich existiert oder nur eine sehr gute Näherung an die sog. Realität darstellt, mische ich mich lieber nicht ein.

Robert

Gibt es bis heute irgend ein Versuch der DM oder DE bestätigt?

Vermutlich nicht.

Wie soll man etwas "bestätigen" von dem man noch zu vage Informationen hat? Wie oben geschreiben, man arbeitet daran, die Vorhersagen verschiederer Modelle zu Überprüfen und damit den möglichen Parameterraum einzuschränken.

"Bestätigt" wurden die DM Modelle vor allem durch die Beobachtung des Bullet Clusters ( https://de.wikipedia.org/wiki/1E_0657-558 ). Die Beobachtung stimmt mit den Vorhersagen der DM-Modelle überein, während Modelle eines abgeänderten Gravitationsgesetzs versagen. Das ist übrigens einer der Hauptbeobachtungen warum DM aktuell in der Community akzeptiert ist...

Ok, soweit verstanden, aber in die Diskussion, ob DM wirklich existiert oder nur eine sehr gute Näherung an die sog. Realität darstellt, mische ich mich lieber nicht ein.

Das ist leider sowieso ein Irrglaube, dem viele Physiker verfallen. Jeder, dem sich ein bisschen mit Erkenntnistheorie auseinandersetzt, sollte sich klar sein, dass man als Physiker niemals die "Nautur verstehen kann" oder "versteht wie Dinge funktionieren". Das einzige, was man kann, sind Beobachtungen durch Modelle beschreiben.
Und genau deshalb habel auch DM- (und DE-) Modelle so oder so ihre Berechtigung, solang sie Beobachtungen korrekt beschreiben, ganz egal ob es sie "gibt" oder nicht.

(Faszinierender weise beginnt gefühlt jede Anfängervorlesung in Physik mit dem Faust Zitat "verstehen, was die Welt im Innersten zusammenhält" und dabei merken die Profs nichtmal, das genau das der Hybris ist, an dem Faust zugrunde geht)

Ich sage nur ... Karl Popper ... objektive Erkenntnis und Logik der Forschung .

Bei der Formulierung meiner Frage hatte ich meinen Gedanken unterschlagen dass Schwarze Löcher vielleicht schon in der Frühzeit des Universums entstanden sind:
Große kurzlebige Sonnen die nah beieinander stehen werden zu schweren Schwarzen Löchern die sich ebenfalls sehr nahe sind und darum auch sehr früh verschmelzen.
(diese Verschmelzungen könnte sich ggf. über sehr alte Gravitationswellen nachweisen lassen. OT: Wären Gravitationswellen aus der dunklen Epoche des Universums vorstellbar und wenigstens theoretisch heute noch beobachtbar?)

Aus den vorstehenden Antworten scheint sich für mich zu ergeben, dass die beobachtete gravitative Wirkung der DM eher nicht von punktförmigen Quellen ausgeht.
(DM-Hallos um Galaxien)
Damit könnten "nicht beobachtbare" Schwarze Löcher wohl nur einen unbedeutenden Teil der DM ausmachen.



Da war auch noch die These von Stephen Hawking, dass sich alle Materie irgendwann in schwarzen Löchern gesammelt hat.
Und dass Schwarze Löcher ihre gesamte Masse im laufe der Zeit abstrahlen, sodass am Ende des Universums nur noch (homogene?) Strahlung übrig beleibt.
Aus der Strahlung könnte dann ggf. über einen Urknall ein neues Universum geboren werden.

Gut, das passt jetzt nicht mehr zu meiner Ausgangsfrage, führt mich aber zur nächsten:
Was passiert in dem Modell von Stephen Hawking mit der DM? (ich hoffe ich habe das Modell näherungsweise richtig verstanden)

MfG
Guldental