Rotationskurve der Milchstraße bei verschiedenen Flächendichten-Funktionen

ralfkannenberg · 18. Sep. 2013

Silberflamme schrieb:
Na ja, der letzte Satz des Titelbeitrages lautet: "Ich frage mich, ob exotische dunkle Materie in unserer Milchstraße überhaupt noch notwendig ist."
Darauf habe ich mit meinem letzten Beitrag geantwortet. Ja, es ist notwendig, wie man daran erkennen kann, dass ohne die richtigen Werte Galaxien wie unsere nicht mal entstehen

Hallo Silberflamme,

hierzu noch eine Frage: die MOND-Leute sehen das doch bis heute noch anders. Wenn das also so klar wäre wie Du schreibst, so könnte man diese doch ganz einfach widerlegen und bräuchte sich endlich nicht mehr länger mit denen zu beschäftigen.

Freundliche Grüsse, Ralf

Silberflamme · 18. Sep. 2013

ralfkannenberg schrieb:
hierzu noch eine Frage: die MOND-Leute sehen das doch bis heute noch anders. Wenn das also so klar wäre wie Du schreibst, so könnte man diese doch ganz einfach widerlegen und bräuchte sich endlich nicht mehr länger mit denen zu beschäftigen.

Mir ist kein nahmhafter Physiker bekannt, der dunkle Materie nicht für noch unentdeckte Teilchen hält.

MOND - dabei steht das ND für "newtonian dynamics". Jemand hat wohl übersehen, dass es die allgemeine Relativitätstheorie gibt. Die dunkle Materie krümmt ebenfalls die Raumzeit und sorgt für Gravitationslinseneffekte. Dadurch haben wir die dunkle Materie längst als Massenverteilung in Galaxienhaufen visualisiert. http://www.lsst.org/files/img/mass_recon0024_500.jpg Die Spitzen sind die Galaxien, das Geschmiere dazwischen ist 50 mal mehr Masse und besteht aus dunkler Materie.
Wir leben in einer Lambda-CDM Kosmologie, das ist alles extrem gut bestätigt und heute das Standardmodell der Kosmologie. Für den Mond habe ich Zeit, für MOND nicht

Hi mac,

mac schrieb:
Nicht der Notwendigkeit der DM, sondern der von Dir hiermit vorgegebenen Mindesthürde.

Mindesthürde nannte ich das nicht - ich sagte, es muss mindestens gesagt werden. Gut, vielleicht muss das auch nicht mindestens sein, aber das Argument, dass sich eine Spiralgalaxie dann problemlos formt, wenn man die richtigen Werte einer Lambda-CDM Kosmologie eingibt, macht alles über die Rotationskurven hinaus plausibel. Wir haben heute einfach fortgeschrittenere Nachweise als Rotationskurven und die wollte ich euch nicht vorenthalten. Die Sache mit der Rotation war nur der erste Hinweis auf die dunkle Materie

Ist natürlich völlig ok damit zu rechnen, habe ich ja nun auch vorgeführt. Was man dabei eben wissen muss ist die Abnahme der Dichte leuchtender Materie mit 1/r^3,5. Ohne dieses Ergebnis kann man nicht verstehen, wo das Problem liegt.

ralfkannenberg · 18. Sep. 2013

Silberflamme schrieb:
Mir ist kein nahmhafter Physiker bekannt, der dunkle Materie nicht für noch unentdeckte Teilchen hält.

Hallo Silberflamme,

etwas heikel - wie definierst Du "namhaft" ? Über die Anzahl Publikationen ?

Silberflamme schrieb:
MOND - dabei steht das ND für "newtonian dynamics". Jemand hat wohl übersehen, dass es die allgemeine Relativitätstheorie gibt.

Ähm, das ist sicherlich ein Witz, den ich humorloser Mensch nur nicht verstanden habe.

Silberflamme schrieb:
Die dunkle Materie krümmt ebenfalls die Raumzeit und sorgt für Gravitationslinseneffekte.

Langsam, langsam, nicht dass wir die Inklusionen verdrehen: das gilt natürlich nur, wenn es sie auch gibt. Die MOND-Leute lösen das Problem der fehlenden Massen in grob gesprochen galaktischen Skalen, indem sie an der Newton'schen Mechanik einen Zusatzterm einfügen, der das Problem ebenfalls lösen würde.

Silberflamme schrieb:
Dadurch haben wir die dunkle Materie längst als Massenverteilung in Galaxienhaufen visualisiert. http://www.lsst.org/files/img/mass_recon0024_500.jpg Die Spitzen sind die Galaxien, das Geschmiere dazwischen ist 50 mal mehr Masse und besteht aus dunkler Materie.

Dass das geht bezweifelt ja ausser einigen unverbesserlichen Cranks niemand. Die Frage seitens der MOND-Fans besteht nur darin, ob es nicht auch anders ginge, weil sie zusätzliche Teilchen nicht mögen, auch wenn sich seitens der SUSY ganz nette Kandidaten ergeben.

Silberflamme schrieb:
Wir leben in einer Lambda-CDM Kosmologie, das ist alles extrem gut bestätigt und heute das Standardmodell der Kosmologie.

Ist das nicht so, dass eine solche Aussage zum heutigen Zeitpunkt noch etwas gar verfrüht ist, auch wenn die meisten Theroretiker davon ausgehen ?

Freundliche Grüsse, Ralf

Silberflamme · 18. Sep. 2013

ralfkannenberg schrieb:
Ähm, das ist sicherlich ein Witz, den ich humorloser Mensch nur nicht verstanden habe. [...] Die MOND-Leute lösen das Problem der fehlenden Massen in grob gesprochen galaktischen Skalen, indem sie an der Newton'schen Mechanik einen Zusatzterm einfügen, der das Problem ebenfalls lösen würde.

Ich meine sie schrauben an der newtonschen Dynamik herum. Selbst wenn wir davon absehen, dass sie einfach so mit den Grundgesetzen herumpfuschen, damit es passt, wird die Gravitation letztlich doch durch die ART beschrieben. Das ist, als würde ein Automechaniker einen Motor verstehen wollen, indem er ein Dreirad grün anmalt. MOND erzeugt auch keine Gravitationslinsen, die wir aber sehen. Keine experimentelle Übereinstimmung = Tod der Theorie, und damit hat es sich.

ralfkannenberg schrieb:
Ist das nicht so, dass eine solche Aussage zum heutigen Zeitpunkt noch etwas gar verfrüht ist, auch wenn die meisten Theroretiker davon ausgehen ?

Eben nicht, denn alles passt experimentell mit sehr hoher Genauigkeit. Astrophysik ist schon lange keine theoretische Wissenschaft mehr. Wenn es nicht passen würde, wäre die LCDM Kosmologie auch nicht das Standardmodell.

ralfkannenberg · 18. Sep. 2013

Silberflamme schrieb:
Ich meine sie schrauben an der newtonschen Dynamik herum. Selbst wenn wir davon absehen, dass sie einfach so mit den Grundgesetzen herumpfuschen, damit es passt, wird die Gravitation letztlich doch durch die ART beschrieben.

Hallo Silberflamme,

das steht aber nicht im Widerspruch zur MOND. So wie Du es dargestellt hast wäre MOND eine prä-relativistische Theorie.

Silberflamme schrieb:
MOND erzeugt auch keine Gravitationslinsen, die wir aber sehen. Keine experimentelle Übereinstimmung = Tod der Theorie, und damit hat es sich.

Wie bitte ? Eine Gravitationslinse ist doch eine Folge der ART und nicht eine Folge der Dunklen Materie.

Silberflamme schrieb:
Eben nicht, denn alles passt experimentell mit sehr hoher Genauigkeit. Astrophysik ist schon lange keine theoretische Wissenschaft mehr. Wenn es nicht passen würde, wäre die LCDM Kosmologie auch nicht das Standardmodell.

So wie Du es formulierst könnte man meinen, dass neben MOND auch schon die Quintessenz vom Tisch sei.

Freundliche Grüsse, Ralf

Chrischan · 18. Sep. 2013

Hallo Ralf,

ralfkannenberg schrieb:
Langsam, langsam, nicht dass wir die Inklusionen verdrehen: das gilt natürlich nur, wenn es sie auch gibt. Die MOND-Leute lösen das Problem der fehlenden Massen in grob gesprochen galaktischen Skalen, indem sie an der Newton'schen Mechanik einen Zusatzterm einfügen, der das Problem ebenfalls lösen würde.

das funktioniert aber doch nur, solange wir im Zentrum der Ursache einer gravitativen Wirkung BM finden.
Wenn dann die Wirkung größer ist als sie eigentlich sein sollte gibt es die Alternativen
(a) das Abstandsgesetz der Wirkung muss modifiziert werden (MOND)
(b) es gibt zusätzliche (unsichtbare) Masse, welche kugel-symmetrisch um die BM herum liegt (DM)

Alternative (a) funktioniert aber nur, wenn die Effekte symmetrisch (zur Position und Form der BM) sind.

Sobald man einen Ort findet, an dem im Zentrum keine BM gefunden wird, wird eine Erklärung mittels MOND schwierig (asymmetrische Wirkung).
Ich hatte dafür schonmal den Bullet-Cluster genannt. Die Profis kennen möglicherweise aber noch bessere Beispiele.

Gruß,
Christian

EDIT: Gerade an solchen Untersuchungen wie dem von Silberflamme verlinktem Bild der Gravitationslinse des Clusters kann man u.U. schon recht simpel sowas abklären. Stimmer der gewichtete Mittelpunkt der BM im Cluster überein mit dem Mittelpunkt der Linse?

ralfkannenberg · 18. Sep. 2013

Chrischan schrieb:
das funktioniert aber doch nur, solange wir im Zentrum der Ursache einer gravitativen Wirkung BM finden.

Hallo Chrischan,

Zentrum wovon ? Einer Galaxie ?

Chrischan schrieb:
Alternative (a) funktioniert aber nur, wenn die Effekte symmetrisch (zur Position und Form der BM) sind.

Sobald man einen Ort findet, an dem im Zentrum keine BM gefunden wird, wird eine Erklärung mittels MOND schwierig (asymmetrische Wirkung).

Ich dachte aber, das wäre in jedem Falle symmetrisch. Vielleicht nicht gerade exakt, aber doch hinreichend.

Freundliche Grüsse, Ralf

09c · 18. Sep. 2013

Hallo MAC,

mir ist gestern ein Flüchtigkeitsfehler unterlaufen. Die Tangentialgeschwindigkeit v=Wurzel(4pi*G*B*(1-a/r*arctan(r/a))).
Hier sind noch einige Berechnungen basierend auf der Masseverteilung.
v² = 4pi*G*B*(1-a/r*arctan(r/a))
Wenn r>>a kann der zweite Term vernachlässigt werden. Bei sehr großen Radien wurde eine Tangentialgeschwindigkeit von 250 km/s angenommen.
B = v²/(4pi*G) = 2,5e5^2/(4pi*6,67e-11) = 7,46e19 kg/m
Dichte(r=0) = B/a² = 7,46e19/(2,8*3260*3e8*86400*365,24)^2 = 9,99e-21 kg/m³ Im Zentrum der Milchstraße!
Dichte(r=3*a)= B/(a²+9*a²) = 9,99e-22 kg/m³ In der Sonnenbahn!
m(Wasserstoffatom)=1,67e-27 kg --> Entsprechend ca. 600.000 Wasserstoffatome pro Kubikmeter in der Sonnenbahn.
Masse der dunklen Materie innerhalb der Sonnenbahn r=3*a= 8,4 kpc:
M = 4pi*B*(r-a*arctan(r/a)) = 4pi*7,46e19*2,8*3260*3e8*86400*365,24*(3-arctan(3)) = 1,42e41 kg entsprechend
7,1e10 Sonnenmassen. Ist dies die empirische Herleitung der Beziehung?
Masse alle Materie : Masse dunkle Materie = 6 : 5 --> 7,1e10*6/5 = 8,5e10

Grüße 09c
PS: Auch ein Supercomputer berichtigt nicht den Ansatz!

Nathan5111 · 18. Sep. 2013

Silberflamme schrieb:
denn alles passt experimentell mit sehr hoher Genauigkeit.

Na, dann ist ja wohl alles in trockenen Tüchern.

Äh, btw, ich habe wohl trotz großem Interesse an der Thematik die Berichterstattung über diese Experimente verpasst. Hilf mir doch bitte auf die Sprünge.

Erwartungsvoll
Nathan

ralfkannenberg · 18. Sep. 2013

ralfkannenberg schrieb:
Ich dachte aber, das wäre in jedem Falle symmetrisch. Vielleicht nicht gerade exakt, aber doch hinreichend.

Oder auch nicht ... - ich habe Dich möglicherweise völlig missverstanden: dass die sichtbare Materie einer Galaxie nicht halo-förmig ist und entsprechend nicht kugelsymmetrisch weiss ich natürlich auch.

Vielleicht kannst Du es also nochmals etwas ausführlicher erklären, was Du meinst.

Freundliche Güsse, Ralf

ralfkannenberg · 18. Sep. 2013

Nathan5111 schrieb:
Silberflamme schrieb:

denn alles passt experimentell mit sehr hoher Genauigkeit.

Zum Vergrößern anklicken....

Na, dann ist ja wohl alles in trockenen Tüchern.

Äh, btw, ich habe wohl trotz großem Interesse an der Thematik die Berichterstattung über diese Experimente verpasst. Hilf mir doch bitte auf die Sprünge.

Erwartungsvoll
Nathan

Hallo Nathan,

experimentell passt es tatsächlich in hoher Genauigkeit, d.h. hier hat Silberflamme schon recht und ich wage auch die Prognose, dass man in 50 Jahren die "Toleranzen" wohl soweit eingeschränkt haben wird, dass man andere Modelle tatsächlich ausschliessen kann, nur: soweit ist man heute noch nicht.

Freundliche Grüsse, Ralf

Nathan5111 · 18. Sep. 2013

Hallo Ralf,

ralfkannenberg schrieb:
ich wage auch die Prognose, dass man in 50 Jahren die "Toleranzen" wohl soweit eingeschränkt haben wird, dass man andere Modelle tatsächlich ausschliessen kann, nur: soweit ist man heute noch nicht.

das will ich Dir gerne glauben.

Andererseits habe ich aus der Erfahrung eine gewisse, möglicherweise veraltete, Vorstellung von einem "Experiment".

Also nach wie vor erwartungsvoll
Nathan

Bernhard · 18. Sep. 2013

Bernhard schrieb:
Scheint das hier zu sein: http://arxiv.org/abs/1103.6030

Und geht hier weiter: https://webhome.phys.ethz.ch/~jguedes/eris.html
MfG

Chrischan · 18. Sep. 2013

Hallo Ralf,

ralfkannenberg schrieb:
Vielleicht kannst Du es also nochmals etwas ausführlicher erklären, was Du meinst.

ja, war wirklich etwas missverständlich...

Chrischan schrieb:
im Zentrum der Ursache einer gravitativen Wirkung BM finden.

ralfkannenberg schrieb:
Zentrum wovon ? Einer Galaxie ?

Ich meinte eigentlich die Gravitation (bzw. deren Wirkung) selbst. Da diese radialsymmetrisch wirkt, findet man im Zentrum ihrer Wirkungen (z.B. Anziehung, Linsenwirkung, etc.) den Verursacher. Wenn man also die Wirkungen einer Gravitation beobachtet (Bahnen, Details der gelinsten Abbildungen), dann kann man u.U. auch auf den Ort des Verursachers (der Masse) schliessen.
Solange man am berechneten Ort der verursachenden Masse BM findet, können angepasste Gravitationsgesetze (MOND) möglich sein. Findet man jedoch Beispiele, bei denen die berechneten Massen woanders liegen als die beobachteten, sind MOND, etc. aus dem Rennen.

Genaue Untersuchungen von Gravitationslinsen könnten hier von Interesse sein. Bei der Untersuchung der gelinsten Bilder der Hintergrundgalaxien kann man (zumindest theoretisch) eine Karte der verursachenden Massen erstellen. Passt diese Karte nicht zu den beobachteten Massen, kann MOND nicht mehr funktionieren... Solange beiden Karten zueinander passen sind noch beide Alternativen (MOND + DM) im Rennen.

Mein Verständnis des Bullet-Clusters geht in die Richtung, dass dort diese Karten nicht zueinander passen. Die DM dort also nicht kugelsymmetrisch zur BM verteilt ist.

Gruß,
Christian

Nathan5111 · 19. Sep. 2013

Chrischan schrieb:
Passt diese Karte nicht zu den beobachteten Massen, kann MOND nicht mehr funktionieren...

Sorry Christian, aber dieser Ansatz ist falsch: Du unterstellst der Gravitationslinse, die nach 'alten' Formeln berechnet wurde, sie könne entscheiden, ob die Formeln 'richtig' sind. Das geht garnicht!

Das Problem ist doch: Beobachtungen stimmen nicht mit den 'bisher' gültigen Formeln überein, denn es fehlt irgendwie Materie. Dafür kann es (mindestens) zwei Gründe geben:
- irgendwo gibt es unsichtbare Materie (DM),
- die Formeln sind falsch (MOND(*)).

Alle momentan laufenden Beobachtungen und Berechnungen sind jeweils nur Indizien, nicht aber Beweise für die eine oder andere Möglichkeit. Und auch wenn der Mainstream sich heute stark in Richtung DM neigt, gibt es keinen Grund, andere Möglichkeiten auszuschließen.

(*) MOND hier als Synonym dafür, dass der 'Fehler' in den Formeln steckt, es gibt ja diverse Ansätze.

mac · 19. Sep. 2013

Hallo Nathan,

Nathan5111 schrieb:
Sorry Christian, aber dieser Ansatz ist falsch: Du unterstellst der Gravitationslinse, die nach 'alten' Formeln berechnet wurde, sie könne entscheiden, ob die Formeln 'richtig' sind. Das geht garnicht!

Stell Dir folgende Beobachtung vor: Du siehst den (ideal identischen) Effekt von zwei verschiedenen Gravitationslinsen. Der einen Linse kannst Du eine Galaxis als Verursacher zuordnen, der anderen kannst Du nichts zuordnen, was elektromagnetische Wellen oder Materie aussendet. Würde sich eine solche Beobachtung gleich gut mit MOND und mit DM vertragen? Ohne weitere Zusatzannahmen (zusätzliche zu DM exklusiv-oder MOND) ununterscheidbar gleich gut? Du darfst auch beide Linsen gleichzeitig gleich behandeln, erst klassisch, dann nach MOND.

Herzliche Grüße

MAC

Ich · 19. Sep. 2013

Könnte man nicht die beiden Diskussionen trennen?

Die erste Diskussion geht um die Rotationsgeschwindigkeiten von Galaxien, berechnet mit verschiedenen Dichtefunktionen. Und um die Frage, ob sie ohne DM erklärbar wären.
Dafür sind Hinweise auf aufwändige Simulationsrechnungen zur Galaxienentstehung und -dynamik, auf ART und Gravitationslinsen irrelevant. Die Rotationsgeschwindigkeiten müssen mit einer handhabbaren Masseverteilung und Newtonscher Mechanik beschreibbar sein. Der Hinweis auf Dichte sichtbarer Sterne~r^(-3,5) ist dagegen sehr hilfreich. Dazu würde ich mir auch noch weitere Angaben wünschen, die das gesamte Massenbudget erhellen: Wie gut stellt die Formel die Dichte aller stellarer Materie dar, wie steht's mit dem Gas, wie sieht das quantitativ aus, wie stringent sind die Fehlergrenzen der zugrundeliegenden Beobachtungen? Wäre super, wenn da noch Zusatzinformationen und ein paar Literaturhinweise möglich wären, dann könnte man das Thema hier erschöpfend beantworten.

Die zweite Diskussion geht von der leider allzu üblichen rhetorischen Frage im OP aus:

09c schrieb:
Ich frage mich, ob exotische dunkle Materie in unserer Milchstraße überhaupt noch notwendig ist.

Es ist ja nicht so, dass DM an gerade mal einer Beobachtung hängt. In derartigen Diskussionen sind Hinweise auf galaktische Evolution, Gravitationslinsen und ART hilfreich. Ich persönlch würde den Thread aber lieber auf die erste Diskussion beschränkt sehen, das ist eine konkrete Frage mit einer konkreten Antwort, die nicht schon zur Genüge in der Forenwelt diskutiert wurde.

Chrischan · 19. Sep. 2013

Hallo Nathan,

Nathan5111 schrieb:
Du unterstellst der Gravitationslinse, die nach 'alten' Formeln berechnet wurde, sie könne entscheiden, ob die Formeln 'richtig' sind. Das geht garnicht!

ich war wohl wieder zu undeutlich...

Beispiel: Man beobachtet einen perfekten Einsteinring. Egal ob "alte" oder "neue" Formeln, man würde den Verursacher (die linsende Masse) genau im Zentrum des Rings berechnen, weil die Gravitation (auch nach MOND) kugelsymmetrisch wirkt.
Beobachtet man jetzt aber innerhalb des Einsteinringes die BM nicht im Zentrum, wird es schwer dies mit irgendeiner (kugelsymmetrischen) Formel zu erklären. Leichter wird es dann, wenn man eine unsichtbare Masse (DM) hinzunimmt und das Massenzentrum von BM und DM im Zentrum des Einsteinringes liegt. Natürlich müsste auch noch die beobachtete Masse zu klein sein um den Effekt zu bewirken...

Es geht mir also zuerst um die Kugelsymmetrie. Solange sich die beobachteten Effekte durch zur (beobachteten) BM kugelsymmetrischen Formeln erklären lassen, solange sind beide Ansätze (DM + MOND) im Spiel. Findet man Beispiel wo dies nicht mehr möglich ist, ist MOND raus...

Gruß,
Christian

Bernhard · 19. Sep. 2013

09c schrieb:
Ist dies die empirische Herleitung der Beziehung?

Hallo zusammen,

ich möchte Ichs Vorschlag ehrlich gesagt in der Weise abkürzen, dass ich einfach mal die zitierte Frage von 09c bejahe. Wir haben bereits gesehen, dass die lineare Näherung der ART in diesem Fall im wesentlichen die Poisson-Gleichung ergibt. Gravitomagnetische Effekte können bei einer 6:5 Abschätzung getrost vernachlässigt werden.

Abschließend noch eine etwas egoistische Frage meinerseits an 09c oder auch an die anderen: Mit welchem Programm hast Du die Poisson-Gleichung gelöst?
MfG

Bernhard · 19. Sep. 2013

Chrischan schrieb:
Findet man Beispiel wo dies nicht mehr möglich ist, ist MOND raus...

Hallo Chrischan,

ich denke ART-modifizierende Ansätze kann man erst dann ausschließen, wenn man zwei Fälle mit exakt der gleichen BM-Verteilung und unterschiedlichen Sekundäreffekten, wie Bahngeschwindigkeiten oder G-Linsen hat. Und selbst dort müsste man noch nachprüfen, ob die Geschwindigkeitsverteilung der BM in beiden Fällen genau gleich ist.

Solange man diese Art Präzedenzfall nicht hat, kann man immer wieder erweiternde Ansätze der ART konstruieren und so an den Beobachtungen ausrichten, dass alles passt.
MfG

Rotationskurve der Milchstraße bei verschiedenen Flächendichten-Funktionen

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