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Thema: Dunkle Materie - aktuelle Kandidaten/Stand der Forschung?

  1. #1
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    Frage Dunkle Materie - aktuelle Kandidaten/Stand der Forschung?

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    Ich habe im folgenden versucht den Stand der Forschung zur dunklen Materie (kurz) zusammenzufassen. Trotz wiederkehrender Meldungen zum astronomischen Nachweis Dunkler Materie ist die Bestimmung woraus sie besteht nach wie vor ausstehend.

    Hinweise auf die Existenz Dunkler Materie

    1.) Die Materiedichte im Universum ist zu gering um die Bildung von Galaxien so kurz nach dem Urknall zu erklären, ohne von Anfang an bestehende Dichtezusammenballungen anzunehmen. Aus den Messungen der Gleichmässigkeit der Kosmischen Hintergrundstrahlung (3K-Strahlung) geht jedoch hervor das im frühen Universum keine grossen Zusammenballungen von (gewöhnlicher) Materie existierten (thermisches Gleichgewicht).

    2.) Die Rotationskurven von Galaxien

    3.) Zusammenhalt/Existenz von Galaxienhaufen

    4.) Gravitationslinseneffekte an Galaxien lassen Rückschlüsse auf deren Masse zu. Auch hier zeigt sich das mehr Masse vorhanden sein müsste, als beobachtbar ist.

    Kalt oder Heiss?

    Dunkle Materie wird in zwei Kategorien eingeteilt, heisse (HDM - Hot Dark Matter) und kalte (CDM - Cold Dark Matter). Kalt/Heiss beziehen sich

    dabei auf die Geschwindigkeit der Teilchen und die damit verbundene Freie Weglänge.
    Als heiss gilt Dunkle Materie, wenn sich die Teilchen mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen, ansonsten wird sie als kalt bezeichnet.

    Ob die Dunkle Materie heiss oder kalt (oder ein Gemisch beider) ist, hat wesentlichen Einfluss auf die Grösse der Strukturen die im frühen

    Universum entstanden sind. Stark vereinfacht: Je heisser die Dunkle Materie, um so grösser sind die entstehenden Strukturen.

    Kandidaten für die Dunkle Materie
    (in alphabetischer Reihenfolge)

    Axionen
    Baryonische Dunkle Materie, z.B. MACHOS
    Kosmische Strings
    LSP, z.B. das Neutralino


    Neutrinos, bzw. Sterile Neutrinos

    Stand der Forschung

    Nach Axionen wird derzeit experimentell gesucht (Siehe auch Link)

    MACHOS wurden beobachtet, jedoch ist die Obergrenze für ihre Masse nach Stand der Beobachtungen zu klein um einen wesentlichen Beitrag zur Dunklen Materie zu leisten.

    Kosmische Strings sind nicht nachgewiesen, Hinweise anhand von Gravitationslinseneffekten sind umstritten.

    LSP, Neutralino - sind nicht nachgewiesen. Es wird am LHC danach gesucht werden.

    Neutrinos - sind als einziges Teilchen experimentell nachgewiesen, ihre Masse ist jedoch nicht genau bestimmt. Für das Elektron-Neutrino wird eine Obergrenze von 2ev angegeben, demnach hätten Neutrinos eine zu geringe Masse um einen wesentlichen Beitrag zur Dunklen Materie zu leisten.
    Sterile Neutrinos sind hypothetisch, postulierten Masse zwischen ~1ev bis 10^19ev. Experimentelle Hinweise sind umstritten.

    ---

    Dazu meine Fragen:

    1.) Ist das alles? (Das meiste ist davon doch seit gut 25 Jahren bekannt)
    2.) Sind in nächster Zeit (<10 Jahre) wesentliche Fortschritte beim Nachweis woraus DM besteht zu erwarten?

    Gruss
    Michael

  2. #2
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    Standard

    Hallo Michael
    Herzlichen Dank für die Zusammenstellung!
    1.) Ist das alles?
    Mir fällt sonst nichts ein.
    Sind in nächster Zeit (<10 Jahre) wesentliche Fortschritte beim Nachweis woraus DM besteht zu erwarten?
    Der LHC wird bestimmt neue Erkenntnisse bringen. Allerdings könnte es auch sein, dass man in 10 Jahren vor allem besser weiss, woraus DM sicher nicht besteht.
    Orbit

  3. #3
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    Standard

    Tolle Zusammenstellung, aber noch nicht alles.
    1.) Ist das alles? (Das meiste ist davon doch seit gut 25 Jahren bekannt)
    Es gibt noch Spezialfälle wie den Bullet-Cluster, wo die Gravitationslinseneffekte definitiv nicht durch abgeänderte Gravitationstheorien erklärbar sind. Das ist auch relativ neu.
    2.) Sind in nächster Zeit (<10 Jahre) wesentliche Fortschritte beim Nachweis woraus DM besteht zu erwarten?
    LHC halt, und Fermi/GLAST hat auch eine Chance. Bei den irdischen Experimenten sehe ich eher schwarz.

  4. #4
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    Hallo zusammne,

    und erst einmal danke für den guten Beitrag, Ich möchte einfach einmal etwas zu dem wiki-Link "Die Rotationskurven der Galaxien", da es mir bei dme Eintrag ganz fürchterlich aufstößt:

    Nun haben wir es also schwarz auf weiß, dass die DM auf einer vollkommen falschen Theoretischen Grundlage steht, denn der bei wiki konstruierte Rotationskurvenzusammenhag existiert so nicht. Ich gehe jetz einmal bewusst in die Vollen! Kurve B, also die gleichbleibend flache Kurve, ist "sowohl" die beobachtete, "als auch" die Erwartete. Und das mag Euch vielleich überraschen, aber ich erhalte sie durch Rükwärtsrechnung. Sie ergibt sich einfach aus Newtons Gravitationsbewegungsgesetz. Eindeutige Anklage meinerseits: Sowohl Zwicky, als auch Vera Rubin haben in diesem Punkt nicht nur Unrecht, und das nachweisbar, sondern sie haben einen ganz grundsätzlichen Denkfehler gemacht, als die Gravitationsverhältnisse des Sonnesystems (Zentralmasse) auf die der Galaxie übertrugen (exponetiale Masseverteilung). So funktioniert das nicht. Hätten Zwick und Rubin nur rückwärts gerechnet, hätten sie den Fehler gefunden, und der ist bestimt keine Kleinigkeit, zumal er bis heute in den Köpfen der meisten Wissenschaftler herumspukt (leider auch auf dieser Seite). Noch einmal: Kurve B (flach) ist sowohl die erwartete, als auch die beobachtete.
    Richtig ist hingegen etwas völlig anderes, und da komen wir dann zur DM zurück. Kurve B der gemessenen Rotationsgeschwindigkeiten setzt sich noch weit über den bloß sichtbarne Bereich der stellaren Galaxie hinaus bis weit in den Weltall fort. Praktisch setzt sich damit auch die Galaxie bis zu einem vielfachen fort. Möglcherweise handelt es sich daher bei der "Halo-Dunklen-Materie", wie sie ursprünglich sogar genannt wurde, nur um interstellaren Wasserstoff. Werde dies vielleicht einmakl diskutieren. Gruß Joachim Stiller Münster

  5. #5
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    JSM,
    Zitat Zitat von Joachim Stiller Münster Beitrag anzeigen
    Kurve B, also die gleichbleibend flache Kurve, ist "sowohl" die beobachtete, "als auch" die Erwartete.
    du musst die Kommata unter dem Bild mitlesen:
    Beispielhafte Rotationskurve einer Galaxie; A beschreibt den Erwarteten Zusammenhang,[<-Komma] B zeigt die tatsächlich beobachtete Rotationskurve
    Fett hervorgehoben von mir...
    cs, Frank
    frank-specht.de

  6. #6
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    Zitat Zitat von Joachim Stiller Münster Beitrag anzeigen
    Möglcherweise handelt es sich daher bei der "Halo-Dunklen-Materie", wie sie ursprünglich sogar genannt wurde, nur um interstellaren durch Schwarzkopf Tönung No.1 black gefärbten Wasserstoff. Werde dies vielleicht einmakl diskutieren. Gruß Joachim Stiller Münster
    Die Erde ist 4,5E9 Jahre alt, vielleicht sind es die Geruchsmolekühle des Furzens, sehen tut man sie nicht und riechen tut man nach kurzer Zeit nichts mehr, aber mal Erlich, 4,5E9 Jahre des Furzens, das muss doch wo hin, wenn man es nicht mehr richt. Also ist die Expansion auch eine Folge davon und nicht seit 5E9 Jahren, sondern erst seit 4,5E9 Jahren, die Galaxien hauen ab, weil es stinkt, deswegen entfernen die sich, nur wenige mögen den Geruch von Dönner scharf mit allem.

    Jetzt genug mit GdM hier, wir können messen wenn ein Quasar furzt, wir können Wasserstoff messen, wir reden bei DM von etwas, was außer G keine Wechselwirkung hat, Wasserstoff hat Wechselwirkung.
    Billiger gehts nicht mehr, daher Beitrag gemeldet, ende.

    Und nein, es ist auch kein Helium.

    Gruß Micha.

    PS: Im übrigen habe ich Blähungen, wenn ich so weiter mach, wird auch Andromeda Rot verschoben
    Angst vor schwarzen Löchern am CERN (LHC)?
    Guckst Du: LHC / CERN - FAQ

  7. #7
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    Mein Gott, muss ich dumm sein! Oh, ich Dummi, ich. Mann. Mach nen Punkt. Natürlich habe ich das gelesen. Dass Kurve B nicht nur die Beobachtete sondern auch die Erwartete ist, das sage ich, das ist meine Interpretation, das ist und war immer "meine" Annahme, "meine" Prognose, "meine" Erwartung. Hörst Du. "Meine", und nicht die von Zwicky oder Rubin!!! O.k? Jetzt verstanden? Darauf bezieht sich doch schließlich meine gesamte Argumentation, Du Interpretationsgenie. Noch einmal: Sonnensysteme und Galaxien verhalten sich in gewisser Weise genau umgekehrt Proportional. Während bei den Sonnensystemen die Masse konstant bleibt, nimmt die Geschwindigkeit mit dem Quadrat der Entfernung ab (korrigiert mich bitte). Bei Galaxien hingen ist doch die Geschwindigkeit konstant, also nimmt nach dem Gravitations-Bewegungs-Gesetz die "MasseVERTEILUNG" mit dem Quadrat der Entfernung ab. Und das bei exponentialer Entwicklung im Prinzip bis ins Unendliche. Daher könnte die Masse einer Galaxie Theoretisch auch annähernd unendlich groß sein, und das "nur" mit interstellarem Wasserstoff. So long. (Mach Dir nichts Draus, das geht vorüber) Gruß Joachim Stiller Münster
    Geändert von Joachim Stiller Münster (15.10.2008 um 08:35 Uhr)

  8. #8
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    JGC
    Zum Sonnensystem:
    Während bei den Sonnensystemen die Masse konstant bleibt...
    Das ist näherungsweise richtig, weil der grösste Teil der Masse in der Sonne konzentriert ist.
    ...nimmt die Geschwindigkeit mit dem Quadrat der Entfernung ab
    Das hingegen nicht; denn dann würde der Jupiter, der 5,2 mal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde seine Bahn noch mit
    30(Erde)/5,2^2 = 1,11 km/s ziehen. Der ist aber deutlich schneller unterwegs.
    (korrigiert mich bitte).
    Ausrechnen kannst Du den richtigen Wert nun selbst; denn die Formel kennst Du ja.

    Zur Galaxis:
    Bei Galaxien hingen ist doch die Geschwindigkeit konstant
    Das ist halt auch nach wochenlanger Pause immer noch falsch. Astronomen messen was anderes, wie mac und ich Dir bereits mehrmals klar zu machen versucht haben. Falls Du mit 'MasseVERTEILUNG' die Dichte meinst, würde das
    also nimmt nach dem Gravitations-Bewegungs-Gesetz die "MasseVERTEILUNG" mit dem Quadrat der Entfernung ab.
    zwar für eine konstante Umlaufgeschwindigkeit zutreffen, aber eben...

    Daher könnte die Masse einer Galaxie Theoretisch auch annähernd unendlich groß sein,...
    Beobachten tut man aber Gebilde mit Rand. Bei der Milchstrasse vermutet man ihn bei einem Radius von etwa 300'000 Lichtjahren.
    ...und das "nur" mit interstellarem Wasserstoff.
    Das auf keinen Fall. Die mittlere Dichte von interstellarem Wasserstoff kennt man ziemlich gut, und die würde bei weitem nicht ausreichen.

    Und noch was: Könntest Du nicht endlich Deine Klappe weniger weit aufreissen? Es entstünde dann nicht dieser unangenehme Durchzug im Forum.

    Orbit
    Geändert von Orbit (15.10.2008 um 10:35 Uhr)

  9. #9
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    Zitat Zitat von Orbit Beitrag anzeigen
    Der LHC wird bestimmt neue Erkenntnisse bringen. Allerdings könnte es auch sein, dass man in 10 Jahren vor allem besser weiss, woraus DM sicher nicht besteht.
    Orbit
    Naja, das würde mich zwar ein klein wenig enttäuschen, aber andererseits wäre es auch schön wenigstens einige Kandidaten mit Sicherheit ausschliessen zu können.

    Diskussion um galaktische Rotationskurve
    Dieses Thema habe ich eröffnet um den Stand der Forschung zur Frage Woraus besteht die dunkle Materie zu diskutieren. Die Diskussion zur Rotationskurve gehört nicht dazu. Setzt das bitte in einem separaten Thread fort, es würde sich dazu das entsprechende Thema in GdM anbieten. Danke.

    Nun die meisten Kandidaten die für die DM vorgeschlagen wurden fallen wohl in die Gruppe der WIMP's, und wenn ich das richtig sehe konzentrieren sich auch die experimentellen Anstrengungen vorwiegend darauf.
    Es gibt ein ganze Anzahl von laufenden Experimenten, die den Nachweis dunkler Materie zum Ziel haben. Ich habe jetzt keine schöne Liste parat, ich erinnere mich zumindest das es ein französisches Experiment gibt (EDELWEISS?), ein italienisches in San Grasso und noch einige mehr die mir gerade nicht einfallen. Im weitesten Sinne könnte man auch das Davis'sche Neutrinoexperiment (Nachweis der Sonnenneutrinos) dazuzählen
    Bis auf Neutrinos konnte man anscheinend bisher kein einziges WIMP nachweisen, liefert uns das nicht wenigstens eine Obergrenze wie viel DM im Sonnensystem vorhanden sein kann?

    Zu den sterilen Neutrinos: Sollte es solche Teilchen tatsächlich geben, müsst man wohl eine neue Kategorie einführen - NIMP (Non-Interacting-Massive-Particle, hab ich mir grad so ausgedacht . Detektieren könnte man diese ja wohl mit keiner Methode, oder? Das einzige was mir hier in den Sinn kommt ist das der LHC evtl. welche erzeugen könnte und sie sich dann durch die fehlende Energie verraten.

    Gruss
    Michael

  10. #10
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    Zitat Zitat von Joachim Stiller Münster Beitrag anzeigen
    Daher könnte die Masse einer Galaxie Theoretisch auch annähernd unendlich groß sein, und das "nur" mit interstellarem Wasserstoff. So long. (Mach Dir nichts Draus, das geht vorüber) Gruß Joachim Stiller Münster
    Auch hier noch mal, WASSERSTOFF ist sichtbar!
    Schau Dir folgendes Bild an, rechts siehst Du das Wasserstoff:
    Vergleich sichtbares Licht (inverse) und Wasserstoff 21cm EM Bereich
    Und jetzt zieh ein Schlussstrich mit diesem GdM Blödsinn in interessanten Diskusionen

    Gruß Micha.
    Angst vor schwarzen Löchern am CERN (LHC)?
    Guckst Du: LHC / CERN - FAQ

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