Dunkle Materie: Keine nachweisbare Wirkung auf Atomkerne

[DELTA3]

Hallo Ralf und Astrofreund,

Ich vermute, unter "DM" meinst Du an dieser Stelle Materieteilchen, die nicht im Standardmodell vorkommen

Natürlich meine ich mit DM diese sogen. WIMPS und alle anderen unbekannten Elementarteilchen, die man postuliert hat um die Rotationsgeschwindigkeit der Galaxien zu erklären, weil deren baryonische ("sichtbare") Masse dafür angeblich zu gering ist.

Dir schwebt die Idee vor, die Phänomene der Dunklen Materie mit baryonischer Masse zu erklären. Ggf noch mit Neutrinomassen, aber auch dafür gibt es keine experimentellen Anhaltspunkte.

Genau darauf wollte ich hinaus! Wie ermittelt man denn eigentlich die baryonische Gesamtmasse einer Galaxie? Man kann ja nicht einmal die kleineren Sterne im Bulge der Milchstrasse erkennen, geschweige denn stellare SL, NS oder WZ. Vor wenigen Jahren hat man die Anzahl der Sterne in der Milchstrasse noch auf 100 Mrd geschätzt, heute ist schon von 200 oder sogar 300 Mrd die Rede. Wenn man sich bei der Gesamtmasse auch um den Faktor 2 bis 3 oder vielleicht sogar um eine Größenordnung verschätzt hat, dann braucht man gar keine DM und MOND-Theorien, um die Rotationsgeschwindigkeit zu erklären.

Beste Grüße, Delta3

[ralfkannenberg]

Natürlich meine ich mit DM diese sogen. WIMPS und alle anderen unbekannten Elementarteilchen, die man postuliert hat um die Rotationsgeschwindigkeit der Galaxien zu erklären, weil deren baryonische ("sichtbare") Masse dafür angeblich zu gering ist.

Hallo Delta3,

noch einmal: diese Teilchen wurden aus anderen Gründen postuliert; schade, dass es mir nicht gelungen ist, das in meinem Beitrag deutlich zu machen. Im Übrigen wurden da noch sehr viel mehr Teilchen postuliert, von denen der Laie aber nie etwas hört, weil sie weniger spektakulär als "Dunkle Materie" sind und entsprechend keine Lobby haben.

Sei noch erinnert, dass bislang für jedes neu nachgewiesene Teilchen ein Nobelpreis für Physik verliehen wurde, d.h. so ganz unbedeutend sind diese Teilchen nicht, auch diejenigen, für die sich kein Laie interessiert.

Wie ermittelt man denn eigentlich die baryonische Gesamtmasse einer Galaxie? Man kann ja nicht einmal die kleineren Sterne im Bulge der Milchstrasse erkennen, geschweige denn stellare SL, NS oder WZ.

Wie gross ist denn der Anteil an "SL, NS und WZ" an der Gesamtmasse aller Sterne ? Oder anders gefragt: wie kommt es denn, dass das nächste bekannte SL von der Sonne aus, dessen Entdeckung vor wenigen Tagen kommuniziert wurde, über 1000 Lichtjahre entfernt ist ?

Vor wenigen Jahren hat man die Anzahl der Sterne in der Milchstrasse noch auf 100 Mrd geschätzt, heute ist schon von 200 oder sogar 300 Mrd die Rede. Wenn man sich bei der Gesamtmasse auch um den Faktor 2 bis 3 oder vielleicht sogar um eine Größenordnung verschätzt hat, dann braucht man gar keine DM und MOND-Theorien, um die Rotationsgeschwindigkeit zu erklären.

Hierzu bräuchte ich ein paar Referenzen, um das in den richtigen Kontext stellen zu können. Zudem bin ich mir nicht sicher, ob Du die zugehörigen Standardabweichungen bei Deinen Überlegungen berücksichtigt hast.


Nimm als Beispiel den Halleyschen Kometen im Jahre 1910: damals ging der Schweif des Kometen durch den Erde und zahlreiche Leute haben sich deswegen in die Hose gesch***en und das Ende der Welt befürchtet. Statt sich mal zu informieren: würde man diesen Millionen Kilometer langen Schweif eines Kometen verflüssigen und in einen Autotank füllen, so würde dieser vielleicht halb voll. So ein Kometenschweif ist hunderttauschende mal dünner als das beste technische Hochvakuum, das man auf der Erde herstellen kann. Niemand würde auch nur ein Wort darüber verlieren, wenn ein Flugzeug einen halben Autotank voll Wasser auf die Erde entleeren würde und jeden auslachen, der daraus ein mögliches Katastrophenszenario ableitet.


Freundliche Grüsse, Ralf

[mac]

Hallo Delta3,

vor etlichen Jahren hatte ich mir die gleichen Fragen gestellt und bin der Sache sehr intensiv nachgegangen, wobei mir damals besonders UMa und Bynaus sehr geholfen haben.

Wenn es Dich interessiert, kannst Du es z.B. hier: https://www.astronews.com/forum/show...dunkle-Materie nachlesen.
Übrigens wurde in einer späteren Arbeit die damalig Aussage von UMa zum Arches Cluster:

Edit: Der Arches cluster ist sicher nicht repräsentativ.

relativiert: https://www.astronews.com/news/artik...0906-009.shtml

Damals kannte ich aber auch noch nicht z.B. diese Arbeiten: http://background.uchicago.edu/~whu/index.html es lohnt sich wirklich die Tutorials durchzuarbeiten.
https://www.einstein-online.info/spotlight/bbn/

Zu Deiner Frage, wie man die Massen von Sternen überhaupt feststellen kann siehe z.B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Masse-...raft-Beziehung besser noch die englische Fassung und auch https://de.wikipedia.org/wiki/Hertzs...ssell-Diagramm

Herzliche Grüße

MAC

[DELTA3]

Hallo Mac und Ralf,

danke für eure Antworten. Ich habe nie behauptet, dass die von dir (Ralf) aufgezählten und noch unbekannten Teilchen unwichtig und keinen Nobelpreis wert sind. Schließlich wurde ja auch das Higgs-Teilchen gefunden, das für die Masse der Elementarteilchen grosse Bedeutung hat und was mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Ich verstehe auch, dass es dir hier mehr um die Teilchenphysik geht, aber mich interessiert hier mehr der astrophysikalische Aspekt, von dem im Titel dieses Threads die Rede ist.

Zitat aus dieser Publikation:

Das Universum besteht zum überwiegenden Teil aus einer bislang unbekannten Substanz und einer unverstandenen Energieform. Diese sogenannte Dunkle Materie und Dunkle Energie sind weder mit dem Auge noch mit Teleskopen direkt sichtbar. Astronomen können sie nur indirekt aufgrund der Form von Galaxien und den übergeordneten Bewegungen im Kosmos nachweisen.

Das erweckt doch den Eindruck, als wäre die Dunkle Materie bereits nachgewiesen! Dem wollte ich hier ganz klar widersprechen. Die Dunkle Materie (als Gesamtbegriff) wurde ja nur postuliert weil man sich die Rotationgeschwindigkeit der Galaxien nicht erklären konnte und nicht, um unbekannte Elementarteilchen zu finden.

Wie gross ist denn der Anteil an "SL, NS und WZ" an der Gesamtmasse aller Sterne ? Oder anders gefragt: wie kommt es denn, dass das nächste bekannte SL von der Sonne aus, dessen Entdeckung vor wenigen Tagen kommuniziert wurde, über 1000 Lichtjahre entfernt ist ?

Hierzu ist zu sagen, dass man so kleine Objekte über grössere Entfernungen überhaupt nicht auffinden kann, wenn sie nicht einen "sichtbaren" Begleiter aufweisen. Somit kann man ihren Anteil an der Gesamtmasse der Milchstrasse auch nicht abschätzen. Weisst du, wieviele Sterne seit der Entstehung der Milchstrasse bis heute ihren Kernbrennstoff bereits verbraucht haben und nicht mehr sichtbar sind, aber als Sternleichen noch existieren? Ausserdem gibt es noch viel interstellares Gas und Staub, deren Gesamtmasse auch nur geschätzt werden kann.

Somit scheint meine Frage berechtigt, wie man wohl die Gesamtmasse einer Galaxie ermitteln kann und ob man sich da nicht um eine Größenordnung verschätzt haben könnte.

Ich weiss natürlich auch, dass es nicht nur um die Gesamtmasse geht, sondern auch um deren Verteilung innerhalb der Galaxie, um den Geschwindigkeitsverlauf in ihren Aussenbereichen zu erklären. Aber diese Frage ergibt sich gleichermaßen sowohl für dunkle- als auch für baryonische Materie. Deshalb stellt sich für mich die Frage, warum man die sogenannte DM nicht durch besagte SL, NS, WZ, etc. (ich glaube, man nennt das MACHOS), sowie Gas + Staub ersetzen kann.

Was du mit dem Beispiel vom Halleyschen Kometen ausdrücken willst, habe ich nicht verstanden.

Danke auch Mac für die interessanten Links. Es freut mich, dass du damals schon ähnliche Überlegungen angestellt hast. Ich konnte den Thread damals 2006 nicht verfolgen, da ich erst seit 2008 dabei bin. Allerdings konnte ich nicht herausfinden, zu welchen Erkenntnissen über die DM du jetzt letztlich gekommen bist.

Herzliche Grüße und ein brauchbares Wochenende wünscht
Delta3

[mac]

Hallo Delta3

Allerdings konnte ich nicht herausfinden, zu welchen Erkenntnissen über die DM du jetzt letztlich gekommen bist.

Sowohl was die Masse der Milchstraße, als auch die Massen der von Vera Rubin vermessenen Galaxien anbelangt, geht es mit den heutigen Erkenntnissen eindeutig nicht, ohne DM. (z.B. Geschwindigkeit der Magellanschen Wolken)

Die Massen der Galaxien sind aber bei Weitem nicht der einzige Hinweis auf DM. Mindestens genau so wichtig sind die Simulationsergebnisse und die tatsächlich beobachteten sehr frühen Galaxien, deren frühes Auftreten sich nicht ohne eine lange vor der Rekombinationsära einsetzende Inhomogenitätskonzentration der DM erklären lassen, die aber eben auch im räumlichen Inhomogenitätsspektrum der Hintergrundstrahlung nachweisbar ist. Siehe dazu den Link zu Waynehu, der das ausgezeichnet erklärt.
Diese Befunde werden darüber hinaus auch durch die Zusammensetzung des primordialen Gases gestützt (siehe Einstein Online).

Ich habe nicht alles verfolgt, was z.B. Pavel Kroupa zur MOND-Theorie veröffentlicht hat. Insbesondere habe ich von ihm und anderen Vertretern der MOND-Theorien bisher keine schlüssigen Konzepte zur Erklärung der räumlich spektralen Temperaturverteilung der Hintergrundstrahlung und zur Ursache des sehr frühen einsetzens der Strukturbildung gelesen (was bei mir als Laie, kein Beweis ist, daß es diese Erklärungen nicht gibt), die mit dem Konzept der cold dark matter auch in den großen Simulationen zu verblüffend guten Ergebnissen bei der Strukturbildung im Universum über den ganzen, mit Teleskopen beobachtbaren Zeitrahmen führen.

Herzliche Grüße

MAC

[astrofreund]

Das erweckt doch den Eindruck, als wäre die Dunkle Materie bereits nachgewiesen! Dem wollte ich hier ganz klar widersprechen. Die Dunkle Materie (als Gesamtbegriff) wurde ja nur postuliert ...
Delta3

Hallo Delta3,

Du gehörst zu den wenigen Menschen, die das so korrekt und ehrlich formulieren. Frage nicht, wieviele Artikel ich gelesen, wieviele Videos und Vorträge gehört und gesehen habe, wo man den Text so formulierte, als wäre das Thema DM durch und alles geklärt. Kann ich Deinen Widerspruch nur voll und ganz unterstützen. Alle anderen Behauptungen sind keine saubere wissenschaftlichen Aussagen. Das gefällt manchem Mitmensch nicht, der der Meinung ist, dass DM gefunden oder nachgewiesen ist. Es sind meist die Phänomene gemeint, welche man mit DM gut erklären könnte. Aber nachgewiesen ist da nichts bis gestern. Heute habe ich noch nicht nachgeschaut ...

Deshalb stellt sich für mich die Frage, warum man die sogenannte DM nicht durch besagte SL, NS, WZ, etc. (ich glaube, man nennt das MACHOS), sowie Gas + Staub ersetzen kann.
Delta3

Das ist eine korrekte Frage. Allerdings haben die sich in den letzten 60 Jahren viele Wissenschaftler gestellt und "Teil" für "Teil" auf Eignung für die DM geprüft. Bisher keine Erfolge.

Mit den über die Jahre besser gewordenen Daten für die kosmische Hintergrundstrahlung hat man die Verteilung von DE, DM und Baryonischer Materie berechnen können, so z.B. die einfachen Erklärungen hier https://www.scinexx.de/service/dossi...ossierID=91137 . Konkreter wird es bei Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Hintergrundstrahlung wo auch das Stichwort Leistungsspektrum fällt. Aus dem abgebildeten Kurvenverlauf können die Wissenschaftler die jeweiligen Materieanteile "lesen". Bei näherem Interesse mal googeln und einen Blick auf den Hauptseminarvortrag von Stephan Beyer "Die kosmische Hintergrundstrahlung (CMB)" werfen. Auch mal den Link auf Blatt 29 öffnen und mit den Schiebereglern etwas herumspielen. Es gibt von Frau Renate Wollmann eine Bachlorarbeit "Die Physik des CMB Leistungsspektrums" vom 12.Oktober 2011. Dort kann vielleicht Ralf weiterhelfen. Bei mir ist erst mal Ende Gelände im Vortrag von Beyer.

Was die Anzahl von Sternen in einer Galaxie betrifft, kann ich bestätigen, dass ich die unterschiedlichen Angaben von 10^5, 2*10^5 und 3*10^5 auch gelesen habe. Meine Vermutung ist, dass die größeren Zahlen nach Auswertung immer umfangreicherer und genauerer Datenbestände zustande gekommen sind. Vor gut 100 Jahren waren die Beobachtungsmöglichkeiten soweit, dass man Galaxien als Nebel betrachtet hat, die innerhalb unserer Galaxie zu finden wären. Heute kann man mit Satelliten, riesigen Teleskopen und moderner Computer- und Radiotechnologie eine viel größere Genauigkeit und damit Auflösung und Reichweite erhalten. Aktuell mit bestes Beispiel ist der ESA-Satellit Gaia.

Doch egal, ob 10^5, 2*10^5 oder 3*10^5 Sterne pro Galaxie sind, gefragt ist der Anteil Dunkler Materie in einer Galaxie. Das Rotationsverhalten der Galaxie wird gemessen und ab einer bestimmten Entfernung vom Galaxienzentrum müsste die Geschwindigkeit abnehmen. Zwicky ging dazu vor ca. 80 Jahren davon aus, dass man die Rotations-Geschwindigkeit mit

$$v = \sqrt{\frac{G \cdot M}{r}}$$

berechnen kann. Bis zu einem bestimmten Punkt steigt die Rotationsgeschwindigkeit an und danach müsste sie abfallen. Das tut sie nicht, sondern bleibt nahezu konstant. Die bekannten Gravitationstheorien können dafür nur das Vorhandensein von weitaus mehr Masse verantwortlich machen, als bis heute gesehen werden kann.

Zwicky baute in die Gleichung eine weitere Masse (für DM) ein.

$$v = \sqrt{\frac{G \cdot (M+M_{dm})}{r}}$$

Ein Mehr an Masse in Größenordnungen von 5 bis 10 sind keine kleinen versteckten baryionischen Sterne, Planeten oder Sternleichen. Das muss etwas bisher Unbekanntes sein oder die Notwendigkeit, die Gravitationstheorien zu erweitern. Da wird fleißig gesucht. Gefunden ist bisher noch keine befriedigende Lösung.

Beim Halleyschen Kometen meint Ralf wahrscheinlich, dass beim Erscheinen um 1910 die Presse Horrorszenarien brachte, nachdem die Erde durch den Schweif dieses Kometen fliegen würde und das giftige Dicyan (unter den Gasen, die der Komet ausströmte) sehr viele Menschen umbringen würde. Nachlesbar genauer und umfangreich hier https://www.zeit.de/wissen/geschicht...y-gift/seite-2 . Gut, man wusste es damals nicht besser und offenbar war es auch damals so, dass zuviel Dummheit den Glauben an Scharlatane verstärkt. Am Ende ist kein Mensch dadurch gestorben.

Viele Grüße, Astrofreund

[pauli]

Hallo Delta3,

Du gehörst zu den wenigen Menschen, die das so korrekt und ehrlich formulieren. Frage nicht, wieviele Artikel ich gelesen, wieviele Videos und Vorträge gehört und gesehen habe, wo man den Text so formulierte, als wäre das Thema DM durch und alles geklärt.

Also das nehme ich auf Laienebene ganz anders wahr, sogar an der ersten Anlaufstelle steht das was jeder erwarten würde:

Ihre Existenz gilt bisher als nicht nachgewiesen, wird aber ... nahegelegt.

Es werden auch ganz offen Alternativen zur dunklen Materie diskutiert.

[astrofreund]

Was von Deinen Anmerkungen habe ich in meinen Beiträgen zu diesem Thema nicht genannt?

Schaue z.B. mal #9 zu Alternativen an. Die bei Wikipedia genannten Alternativen (eine extreme Kurzfassung dieses Themas) sind mir bekannt. Einen Vortrag von Pavel Kroupa habe ich selbst gehört, eine TV-Aufzeichnung von Kroupas Diskussion mit Prof. White gesehen und mir ist auch bekannt, das Kroupa den Milgrom für den größten Wissenschaftler hält.
Zu den Alternativen habe ich teilweise tiefer nachgelesen und mich auch mit der einen oder anderen Berechnung über mehrere Jahre herum geschlagen. "Ihre Existenz gilt bisher als nicht nachgewiesen, wird aber ... nahegelegt. " ist genau die Beschreibung der Situation, wie ich sie erlebt habe und weiterhin erlebe.

Es gab z.B: vor 3 Jahren Vorträge (Wandervorträge) in Sternwarten, wo das Thema gut und anschaulich erklärt wurde. Aber es wird in diesen Vorträgen von Anfang an und immer wieder gesagt, dass es die DM gibt oder dass man sie gefunden hat. Die zuhörenden Laien können nicht wissen, dass sie hier eine inkorrekte Information erhalten haben.

Ich habe mich nicht nur mit Zwicky und Vera Rubin und ihren Aussagen beschäftigt. Mir sind Themen wie Bulletcluster, Gravitationslinsen mit stärkerer Gravitation, als sie die sichtbare Materie hergibt bekannt. Mir ist genauso bekannt, dass die Suche nach Teilchen, die die DM erklären könnten, seit vielen Jahren ein erheblicher Anteil der Themen am CERN ist, dass es Experimente unter den italienischen Alpen wie auch auf der ISS (AMS?) gab und und und. Am CERN stand das Thema Supersymmetrie an wichtiger Position und die Suche nach neuen Teilchen außerhalb des heutigen Standardmodells - also die Suche nach neuer Physik.

Nichts davon sehe ich als unberechtigt an. Es ist ein großes Rätsel und verdammt schwierig noch dazu. Da ist es gut, wenn viele Wissenschaftler nach der Lösung suchen und auch mit verschiedenen Ansätzen. Ich habe auch vollstes Verständnis dafür, wenn gesagt wird, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass man kurz davor steht und das man sich keine andere Lösung vorstellen kann. Nur der allerletzte Baustein, die nachprüfbare Aussage, um was es sich da handelt, die fehlt noch. Solange dies so ist, solange ist es nicht korrekt zu sagen, dass es etwas gibt.

Nochmal: Das alles schließt nicht aus, dass es nicht doch DM gibt genauso wie es nicht ausschließt, dass nicht eine der alternativen Graviationatheorien (oder deren Weiterentwicklung) am Ende doch zutrifft. Nur im Moment gibt es weder für die eine wie für die andere Annahme Beweise. Beweise und nicht Annahmen der Art, dass es sehr warhscheinlich ist. Genau um diese kleine inkorrekte Sache ging es Delta3 und mir und sicher noch etlichen anderen Mitmenschen.

Gruß, Astrofreund

[ralfkannenberg]

Ich weiss natürlich auch, dass es nicht nur um die Gesamtmasse geht, sondern auch um deren Verteilung innerhalb der Galaxie, um den Geschwindigkeitsverlauf in ihren Aussenbereichen zu erklären. Aber diese Frage ergibt sich gleichermaßen sowohl für dunkle- als auch für baryonische Materie. Deshalb stellt sich für mich die Frage, warum man die sogenannte DM nicht durch besagte SL, NS, WZ, etc. (ich glaube, man nennt das MACHOS), sowie Gas + Staub ersetzen kann.

Hallo Delta3,

die Antwort ist einfach: diese Objekte bzw. deren Vorläufersterne sind sehr selten. Weisse Zwerge ok, in Sonnenumgebung (bis 5 Parsec, also gut 16 Lichtjahre), gibt es 5 Weisse Zwerge, das macht also 5% aus, allerdings dürften die da unterrepräsentiert sein, denn man geht davon aus, dass 10% aller Sterne Weisse Zwerge sind.

Bei den Vorläufersternen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern sieht das aber schon ganz anders aus - da muss man schon ziemlich weit gehen, ehe man solche Sterne findet. Es gibt also nur wenige massereiche Sterne und zudem verlieren diese einen grossen Teil ihrer Masse, ehe sie in einen Neutronensternen oder ein Schwarzes Loch kollabieren. Das sind also insgesamt viel zu wenige; einen nennenswerten Beitrag könnten also bestenfalls primordiale Schwarze Löcher, also solche aus Urknallzeiten, bilden.


Freundliche Grüsse, Ralf

[DELTA3]

@Pauli:

Schon im ersten Satz des Artikels, der diesem Tread zugrunde liegt, heisst es:

Auch wenn der größte Teil des Universums aus Dunkler Materie besteht, ist noch kaum etwas über sie bekannt.

Das erweckt durchaus den Eindruck, als wäre die DM eine Tatsache und die Frage, woraus sie besteht nur eine belanglose Nebensache.

Gruß, Delta3