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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Gravitomagnetismus contra Dunkle Materie



Bernhard
13.08.2013, 00:33
Hallo zusammen,

in den Nachbarforen von Joachim Schulz und Karl Hilpolt wurden bereits zwei interessante Diskussionen zum Thema Gravitomagnetismus angelegt: http://www.quantenforum.de/viewtopic.php?f=7&t=587 sowie http://relativ-kritisch.net/forum/viewtopic.php?t=2031

In beiden Themen wurde das folgende Paper von B. Mashhoon (http://de.wikipedia.org/wiki/Bahram_Mashhoon) verlinkt: http://arxiv.org/abs/gr-qc/0311030 . Ausgehend von der bekanntermaßen unzureichenden Modell-Rotationskurve: http://relativ-kritisch.net/forum/viewtopic.php?p=40062#40062 einer durchschnittlichen Spiralgalaxie sollte im Außenbereich einer solchen Galaxie auch ein gravitomagnetisches Feld existieren, welches auf eine Testmasse auf einer kreisrunden Bahn eine zusätzliche Kraft in Richtung des Galaxienkerns bewirkt. Damit eine solche Bahn stabil bleibt, müsste die Kreisbahngeschwindigkeit in diesem Außenbereich also etwas höher als erwartet ausfallen. Die Differenz zwischen den berechneten und gemessenen Rotationskurven kann damit also schon mal qualitativ korrekt beschrieben werden!

Eine weitergehende quantitative Analyse dieses Effektes erfordert leider relativ komplizierte Berechnungen, die ich momentan nicht so einfach aus dem Hemdsärmel schütteln kann. Da das Paper von Mashhoon aber nichts anderes ist als eine sehr übersichtliche Darstellung der linearisierten einsteinschen Feldgleichungen möchte ich diesen Aspekt gerne zur Diskussion stellen.
MfG

Kibo
13.08.2013, 10:42
Hallo Bernhard,

die Idee dahinter finde ich schon mal sehr gut, ob da was dran ist, wird wohl erst weitere Forschung zeigen.

mfg

Ich
13.08.2013, 11:42
Eine weitergehende quantitative Analyse dieses Effektes erfordert leider relativ komplizierte Berechnungen, die ich momentan nicht so einfach aus dem Hemdsärmel schütteln kann.
Du könntest ja die Galaxie durch eine "Drahtschleife" approximieren, also den gesamten Massenstrom in einen eindimensionalen Ring zwängen. Damit müsste man doch die Größenordnung des Effekst rauskriegen.
Wobei ich sicher bin, dass diese sehr, sehr viel kleiner ist als nötig.

SCHWAR_A
13.08.2013, 12:19
Hab' ich das richtig verstanden? Im Prinzip erzeugt jeder Orbit ein, wenn auch sehr, sehr kleines, Magnetfeld, das dann wiederum den Orbit beeinflußt?

Chrischan
13.08.2013, 12:32
Moin,

es gibt ja zwei grundsätzliche Ansätze zur Erklärung der beobachteten Rotationskurven bei Galaxien:
A) Es gibt eine zusätzliche Masse, welche nicht direkt beobachtbar ist (Dunkle Materie)
B) Die Anziehung der Materie untereinander ist nicht korrekt verstanden (MOND, etc.)

Gravitomagnetismus würde ich jetzt dem Ansatz B zuordnen.

Aber, scheitert nicht jegliche Form der Erklärung vom Ansatz B an der Beobachtung des Bullet-Clusters (http://de.wikipedia.org/wiki/Bullet-Cluster)? Wenn ich diese Beobachtungen korrekt verstanden habe, dann zeugen sie doch von einer Trennung der beobachtbaren Materie und der gravitativen Wirkung...

Gruß,
Christian

SCHWAR_A
13.08.2013, 13:19
... zeugen sie doch von einer Trennung der beobachtbaren Materie und der gravitativen Wirkung...
Das ist wohl noch ziemlich umstritten, wenn ich mir einige Zusatz-Dokumente der engl. Wiki so ansehe...

Wenn ich mir zB. vorstelle, daß baryonische Masse eine 1/r2-Kurve besitzt, liegt zwischen zwei etwa gleichgroßen Cluster-Massen ein Bereich mit ziemlich wenig Gravitationslinsen-Effekt, eben, weil beide in entgegengesetzte Richtungen ziehen.
Wenn jetzt in diesem Bereich Gas ist, wird das dort kaum beeinflußt, erzeugt mit seiner eigenen Materie aber drumherum wieder eine Gravitationslinse.

So zB. könnte man sich die besagte Materie-DM-Trennung als eine scheinbare erklären...

Bernhard
13.08.2013, 13:21
Im Prinzip erzeugt jeder Orbit ein, wenn auch sehr, sehr kleines, Magnetfeld, das dann wiederum den Orbit beeinflußt?
Im Prinzip ist das korrekt. Das Magnetfeld ist dabei natürlich kein elektromagnetisches Feld, sondern ein Gravitationsfeld.

Bernhard
13.08.2013, 13:25
Aber, scheitert nicht jegliche Form der Erklärung vom Ansatz B an der Beobachtung des Bullet-Clusters (http://de.wikipedia.org/wiki/Bullet-Cluster)?
Hallo Chrischan,

so hoch wollte ich das Thema gar nicht hängen. Es ging mir tatsächlich nur um eine quantitative Abschätzung des gravitomagnetischen Effektes.

@Ich: Vielen Dank für die Bestätigung meines Vorschlages. Ich werde dann mal probieren die zugehörigen Größenordnungen abzuschätzen. Kann aber durchaus etwas dauern.

SCHWAR_A
13.08.2013, 13:26
Das Magnetfeld ist dabei natürlich kein elektromagnetisches Feld, sondern ein Gravitationsfeld.
Wie muß ich denn das verstehen?
Auf meinen Satz bezogen hieße daß ja
"Im Prinzip erzeugt jeder Orbit ein, wenn auch sehr, sehr kleines, Gravitationsfeld, das dann wiederum den Orbit beeinflußt?"

MGZ
13.08.2013, 13:39
Man kann sich das in einer ganz groben Näherung so vorstellen, dass es, genau wie es zum Elektrischen Feld ein Magnetisches Feld gibt, auch zum Gravitationsfeld ein gravitomagnetisches Feld gibt. So wie das Magnetfeld von bewegten Ladungen verursacht wird, entsteht das gravitomagnetische Feld durch bewegte Massen.

Soweit ich das verstanden habe, ist hier keine neue Physik im Spiel, sonder es wird bloß die Allgemeinen Relativitätstheorie angewendet.

Bernhard
13.08.2013, 13:40
Hallo SCHWAR_A,


"Im Prinzip erzeugt jeder Orbit ein, wenn auch sehr, sehr kleines, Gravitationsfeld, das dann wiederum den Orbit beeinflußt?"
es geht dabei um zwei verschiedene Orbits. Der erste Orbit mit einem massiven Körper erzeugt ein globales, gravitatives "Magnetfeld" (das im Unendlichen natürlich verschwindet). Ein masseloser Testkörper auf einem anderen Orbit wird dann von diesem Feld in seiner Bahn beeinflusst.

SCHWAR_A
13.08.2013, 14:19
Hallo Bernhard,

...masseloser Testkörper...

bist Du da sicher? Dann würde ja nur mit Photonen gemessen werden können, also nur über den Gravitationslinsen-Effekt...


Hallo MGZ,
+SRT: Relativbewegung vergrößert die bzgl. des anderen Systems wirksame Masse, also wirkt eine etwas größere gravitative Beschleunigung.
In etwa so?

Bernhard
13.08.2013, 15:02
Hallo SCHWAR_A,


Dann würde ja nur mit Photonen gemessen werden können, also nur über den Gravitationslinsen-Effekt...
"Masselos" soll hier für "mit vernachlässigbarer Masse" stehen. Ein klassischer Testkörper also ;) .

MGZ
13.08.2013, 16:09
Hallo MGZ,
+SRT: Relativbewegung vergrößert die bzgl. des anderen Systems wirksame Masse, also wirkt eine etwas größere gravitative Beschleunigung.
In etwa so?

Nein, es ist schon sehr viel komplizierter. Man steckt die Masseverteilung und die Impulsdichteverteilung in den Energie-Impuls-Tensor und bekommt mit sehr viel Mathematik unter anderem das gravitomagnetische Feld raus. Das Feld ist eigentlich nur eine Denkhilfe, es ist vielmehr ein Teil des metrischen Tensors und damit der Raumkrümmung. Am Ende sieht es aber für den Beobachter aus wie ein effektiver Kraftvektor.

Bernhard
13.08.2013, 21:00
Hallo zusammen,

mit Hilfe der Formeln aus dem Mashhoon-Paper kann doch relativ schnell ein grob genäherter Korrekturterm für eine Rotationskurve berechnet werden. Das Trägheitsmoment einer dünnen Scheibe (als Modell der Galaxie) ist bekanntlich 1/2 * M * R², woraus dann der Gesamtdrehimpuls J der Galaxie über 1/2 * M * R * v berechnet werden kann. M ist dabei die Gesamtmasse, R der Radius der Galaxie und v die Rotationsgeschwindigkeit am Rand der Galaxie. Mit den Formeln (1.5), (1.7) und (1.11) folgt dann für den Rand der Galaxie die etwas "ernüchternde" Formel:

v' = v * sqrt( 1 + R_S / R)

R_S ist dabei der Schwarzschildradius der gesamten Galaxie und kann aus der Gesamtmasse der Galaxis berechnet werden. Für die Milchstrasse ergibt sich beispielsweise für R_S / R etwa gleich 1.1e-6. Der Gravitomagnetismus der Galaxie erfordert also lediglich, dass am sichtbaren Rand der Galaxie die Rotationsgeschwindigkeit um etwa ein Millionstel erhöht werden muss und je weiter man sich von der Galaxie entfernt, desto kleiner wird dieser Korrekturfaktor, da das gravitomagnetische Feld ab dem Galaxienrand proportional zu 1/r³ abfällt.

Eine gewisse Unsicherheit bleibt dabei dennoch bestehen, da die verwendeten Formeln eigentlich nur für große Abstände von der Galaxie gültig sind:


If the source distribution is confined around the origin of spatial coordinates, then far from the source...
MfG

Bernhard
16.08.2013, 12:36
Wenn ich diese Beobachtungen korrekt verstanden habe, dann zeugen sie doch von einer Trennung der beobachtbaren Materie und der gravitativen Wirkung...
Hallo Christian,

ich habe mir den zugehörigen Wikipedia-Artikel gestern mal etwas genauer durchgelesen und verstehe jetzt, warum Ralf auf MOND manchmal eher ärgerlich reagiert. Mit so einfachen ad hoc Annahmen (wie bei MOND) wird man auf Dauer hier wohl nicht wirklich weiterkommen. Man könnte aber noch zusätzliche Aspekte der Gravitation konstruieren. Ob das Gravitationsfeld neben der geometrischen Eigenschaft eventuell auch noch eine energetische Eigenschaft haben könnte, kann man meiner Meinung nach auch nicht mit den neueren Beobachtungen (Bullet-Cluster, Abell 520, ...) unmittelbar widerlegen. Ich kann das aber auch nicht exakt belegen :) .
MfG