Frage zur Dunklen Materie

Wissenschaft Astronomie
#1

Hallo an alle Kosmologen !

Man hört ja inzw.öfters von der Dunklen Materie, die man aus Bewegungseigenarten der sichtbaren Materie erschliessen kann.
Soweit alles klar.
Aber: da gibt es doch auch folgenden Umkehr-Schluß:

Wenn es Dunkle Materie gibt, wieso stimmen dann denn die Gleichungen zur Keplerschen Planetenbewegung und so weiter, alle früher gefundenen Bahnbeschreibungen; die dürften ja dann nicht mehr stimmen, da sie ja nie von der Existenz Dunkler Materie ausgegangen sind und mithin auch gar nicht berücksichtigt haben bei der Berechnung der Kräfte !

Danke für alle Antworten
Peter

#2

Hallo!

Wenn es Dunkle Materie gibt, wieso stimmen dann denn die
Gleichungen zur Keplerschen Planetenbewegung und so weiter,
alle früher gefundenen Bahnbeschreibungen; die dürften ja dann
nicht mehr stimmen, da sie ja nie von der Existenz Dunkler
Materie ausgegangen sind und mithin auch gar nicht
berücksichtigt haben bei der Berechnung der Kräfte !

Richtiger Gedanke, aber falscher Schluss: Daraus, dass die Keplerschen Gesetzte sehr wohl gelten, kann man nur schließen, dass es innerhalb des Sonnensystems keine nennenswerten Mengen von Dunkler Materie gibt.

Andersrum wird ein Schuh draus: Die Bewegung von Sternen um den Mittelpunkt der Galaxis folgt nicht den Gesetzen von Newton und Kepler, es sei denn, man nimmt an, dass es eine Materieform gibt, die wir bisher noch nicht identifiziert haben.

Michael

#3

Aber was soll es den sein?
Aus was soll sich den dunkle Materie zusammen setzen.
Vor allem wie soll Materie an sich ein negatives Potential haben?

Es gibt positive und negative Teilchen. Was soll dann dunkle Materie sein? doppelt negativ? oder negativ positiv?

Ich kann mir vielleicht vorstellen das eine Materieform aus überwiegend negativ geladenen Teilchen gibgt. Aber nicht das es eine negative Marterie gibt.
Materie an sich währe durch die Existänz ja schon positiv

#4

Ich kann mir vielleicht vorstellen das eine Materieform aus
überwiegend negativ geladenen Teilchen gibgt. Aber nicht das
es eine negative Marterie gibt.

Hallo,

von negativer Materie o.Ä. ist ja auch nirgends die Rede, sie leuchtet bloss einfach nicht. Du kannst dir ja durch den Raum treibende Briketts oder Eierkohlen vorstellen - man weiss es eben noch nicht.

Auf das Negative kommst du wahrscheinlich durch eine Verwechslung mit der Dunklen Energie, aber das ist eine ganz andere Baustelle.

Gruss Reinhard

#5

Du zum Beispiel!

Aus was soll sich den dunkle Materie zusammen setzen.

Dunkle Materie ist einfach Materie die nicht leuchtet.

Das kann zum einem ganz normale (baryonische) Materie sein, die
halt gerade nicht leuchtet (wie Du z.B.) und zum anderen Materie, die überhaupt nicht leuchten kann, weil sie keine elektrische Ladung besitzt (wie z.B. Neutrinos).

Vor allem wie soll Materie an sich ein negatives Potential
haben?

Dunkle Materie hat natürlich auch eine positive Energie.

Es gibt positive und negative Teilchen. Was soll dann dunkle
Materie sein? doppelt negativ? oder negativ positiv?

Das Vorzeichen der Ladung ist in diesem Zusammenhang irrelevant.

Ich kann mir vielleicht vorstellen das eine Materieform aus
überwiegend negativ geladenen Teilchen gibgt. Aber nicht das
es eine negative Marterie gibt.

Ich weiß zwar nicht, was du unter „negative MAterie“ verstehst, aber mit dunkler Materie hat das nichts zu tun.

Gruß
Oliver

#6

Danke für die rasche Beantwortung,
dann liegt das also an der Verteilung der Dunklen Materie; ich stellte die mir nämlich als etwas homogenes dar , ähnlich wie der „Äther“.
Peter

#7

Danke für die rasche Beantwortung,
dann liegt das also an der Verteilung der Dunklen Materie; ich
stellte die mir nämlich als etwas homogenes dar , ähnlich wie
der „Äther“.
Peter

Selbst wenn sie homogen verteilt wäre, könnte sie in einem Sonnensystem fast unbemerkt bleiben und im interstellaren Raum eine größere Rolle spielen.

Rechenbeispiel:

Unser Sonnensystem hat einen Durchmesser, der in der Größenordnung von 100 AE liegt. Das „Volumen“ des Sonnensystems liegt also in der Größenordnung von 106 AE3. Die Massendichte beträgt also 10-6 M/AE3. (M sei hier die Masse der Sonne, der Planeten, Kometen und Asteroiden zusammengenommen). Bis zum nächsten Stern sind es rund 4 Lj. Das sind etwa 63000 AE. Der interstellare Raum, der sozusagen zum Hoheheitsgebiet der Sonne gehört, hat also ein Volumen von rund 250 * 1012 AE3. Da außer unserem Sonnensystem keine weitere sichtbare Materie in diesem Raum vorhanden ist, beträgt die Materiedichte rund 4 * 10-15 M/AE3.

Die Materiedichte innerhalb der Pluto-Bahn ist also größenordnungsmäßig um das Einmilliardenfache größer als sonst in dieser Gegend der Milchstraße. Auf deutsch: Wenn die dunkle Materie tatsächlich homogen verteilt wäre, dann würde sie sich auf die Bewegung der Galaxis eine Milliarde mal stärker auswirken als auf die Himmelskörper im Sonnensystem.

Wenn man dann noch davon ausgeht, dass sie eben nicht homogen verteilt ist ( http://de.wikipedia.org/wiki/MACHO ) wundert es nicht, dass man sie im Sonnensystem nicht findet.

Michael

#8

Das Rechenbeispiel stimmt leider nicht bzw.ist nicht auf die Frage passend zugeschnitten:

Abgesehen, daß Du alles nur rund gerechnet hast, Du hast auch die Masse unseres Sonnensystems auf fast den ganzen Volumenbereich der beiden Sternsysteme zusammen verteilt (Du nahmst ja den gesamten Abstand zu Centauri; der „Gerechtigkeit“ halber sollte man nur die Hälfte nehmen; oder aber Du hättest noch die Masse von Centauri dazu addiert) abgesehen davon wäre es eben anders, wenn die Dunkle Materie homogen verteilt wäre, dann wäre eben die Massendichte überall gleich, also unabhängig vom betrachteten Volumenausschnitt !

Wenn wir nun eine Mess-Sonde hätten (damit meine ich z.B. ein Meßgerät genau bekannter Masse, das wir zur Vermessung der Dunklen Materie nehmen könnten; und die „Gesamtmasse“ unseres Meßsystems ist eben nicht variabel, wir machen hier keine veränderliche Masseverteilung über den Raum; ich meine, daß wir dies so vorraussetzen können, da die Meßsonde ja ihr Volumen nicht [oder vernachlässigbar gering] ändert )
so könnten wir doch eine homogene oder eben heterogene Verteilung der Dunklen Materie messen ?

Gruß,Peter

#9

Hallo!

Das Rechenbeispiel stimmt leider nicht bzw.ist nicht auf die
Frage passend zugeschnitten:

Doch.

Abgesehen, daß Du alles nur rund gerechnet hast, Du hast auch
die Masse unseres Sonnensystems auf fast den ganzen
Volumenbereich der beiden Sternsysteme zusammen verteilt (Du
nahmst ja den gesamten Abstand zu Centauri; der
„Gerechtigkeit“ halber sollte man nur die Hälfte nehmen; oder
aber Du hättest noch die Masse von Centauri dazu addiert)

Du hast schon recht, dass nur die Hälfte der Strecke zu Alpha-Centauri zählt. Aber: Es geht ja auch genausoweit in die entgegengesetzte Richtung. Also ist die Kantenlänge des „Sonnensystemwürfels“ gleich dem typischen Abstand zweier benachbarter Sterne.

Selbst wenn Du Recht hättest (was nicht der Fall ist), würde Dein Einwand nur einen Faktor 8 ausmachen. Das würde - so grob wie ich geschätzt habe - kaum ins Gewicht fallen. Bitte: Wir reden hier nur über Größenordnungen, nicht über exakte Werte.

abgesehen davon wäre es eben anders, wenn die Dunkle Materie
homogen verteilt wäre, dann wäre eben die
Massendichte überall gleich, also
unabhängig vom betrachteten Volumenausschnitt

Das stimmt. Aber Du hast mich missverstanden. Meine Argumentation läuft wie folgt: Im Sonnensystem (d. h. innerhalb der Plutobahn) bewegt sich alles brav nach den Keplerschen Gesetzen, weil (willkürliches Zahlenbeispiel) auf 1 Tonne sichtbare Materie nur ein einziges Milligramm dunkle Materie kommt.

Wenn man aber die Sterne zueinander betrachtet, dann fällt die äußerst dünn verteilte Dunkle Materie stärker ins Gewicht. Betrachte ich nämlich den gesamten Raum um ein Sternsystem (also nicht nur den Raum innerhalb der äußersten Planetenbahn), so kommt auf 1 Tonne sichtbare Materie eine Milliarde mal mehr Dunkle Materie, nämlich ebenfalls 1 Tonne, und zwar genau aus dem Grund, den Du genannt hast: Sie ist homogen verteilt, d. h. ihre Dichte lässt - im Gegensatz zur sichtbaren Materie - zwischen den Sternensystemen nicht nach.

Aber das alles ist natürlich nur ein Gedankenspiel, da die Dunkle Materie wahrscheinlich nicht ätherartig den ganzen Raum ausfüllt.

Wenn wir nun eine Mess-Sonde hätten (damit meine ich z.B. ein
Meßgerät genau bekannter Masse, das wir zur Vermessung der
Dunklen Materie nehmen könnten; und die „Gesamtmasse“ unseres
Meßsystems ist eben nicht variabel, wir machen hier keine
veränderliche Masseverteilung über den Raum; ich meine, daß
wir dies so vorraussetzen können, da die Meßsonde ja ihr
Volumen nicht [oder vernachlässigbar gering] ändert )
so könnten wir doch eine homogene oder eben heterogene
Verteilung der Dunklen Materie messen ?

Da habe ich Dein Vorhaben leider nicht verstanden.

Michael

#10

ja verwechselt habe

Bei Star Treck nächste mal besser aufpasse

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#11

Frage zum dunklen Nachthimmel
Hallo!

Kann mich daran erinnern gelesen zu haben, daß es nachts eigentlich taghell sein müsste. Die entfernten Galaxien kommen hier schwächer an, dafür müsste es aber in jede Richtung eine geben. Auch wenn sie ungleichmässig verteilt sind, so müsste es doch wesentlich heller sein, als es ist.
Ist die dunkle Materie die Ursache dafür ?

Freundlichst,

Uwe P.

#12

Hallo!

Kann mich daran erinnern gelesen zu haben, daß es nachts
eigentlich taghell sein müsste.

das ist das olberssche Paradoxon (vgl. z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/Olberssches_Paradoxon), das auf der Annahme eines homogenen, statischen, ewigen und unendlichen Universums beruht.

Die entfernten Galaxien kommen hier schwächer an, dafür müsste
es aber in jede Richtung eine geben. Auch wenn sie ungleichmässig
verteilt sind, so müsste es doch wesentlich heller sein, als es ist.

In einer gekrümmten (nicht-statischen) Raumzeit, wie sie im Standardmodell der Kosmologie verwendet wird, ist dies nicht unbedingt der Fall.

Ist die dunkle Materie die Ursache dafür ?

Dazu ist keine DM erforderlich.

–
Philipp

#13

Hallo!

In einer gekrümmten (nicht-statischen) Raumzeit, wie sie im
Standardmodell der Kosmologie verwendet wird, ist dies nicht
unbedingt der Fall.

Es ist nicht einmal in einer flachen Raumzeit der Fall, wenn man davon ausgeht, dass das Universum erst seit endlicher Zeit besteht.

Michael.

#14

Hallo,

Deine „Rechnung“ stimmt dann so; (ich wußte nicht so ganz wie das gemeint war)

Nun aber zu der hypothetischen (!) Raumsonde:

ich kenne mich mit Technik nicht so gut aus, also weiß ich auch nicht, wie das in der Praxis umzusetzen wäre; aber das spielt auch gar keine Rolle, da es ja wie gesagt ein Gedankenexperiment ist;
diese Sonde kann also absolut genau den Einfluß der Dunklen Materie messen (bzw. eigentlich die Summe des Einflusses der „hellen“ und dunklen Materie zusammen, aber die Dunkle Materie ist ja wie bereits besprochen im Verhältnis zur „hellen“ außerhalb von Sonnensystemen relativ stark vertreten).

Wenn wir so eine Sonde hätten, könnte man dann nicht vielleicht damit auch innerhalb unseres (oder eines anderen) Sonnensystems fündig werden nach Dunkler Materie ?

Gruß,
Peter

#15

Hallo AUchfalls,

Danke für die rasche Beantwortung,
dann liegt das also an der Verteilung der Dunklen Materie; ich
stellte die mir nämlich als etwas homogenes dar , ähnlich wie
der „Äther“.

Deine Vorstellung schein aber falsch zu sein.
Zumindest Messungen in unserer Milchstrasse scheinen anzuzeigen, dass die dunkle Materie nicht gleichmässig verteilt ist. Leider habe ich gerade keinen Link zu dem Artikel. War aber lezthin in „Bild der Wissenschaft“ oder „Spektrum der WIssenschaft“ zu lesen.

MfG Peter(TOO)

#16

Hallo,

Vielen Dank Phillip und Michael.
Ich habe also gelernt, daß das Universum noch zu jung ist, um da draußen zu strahlen, bzw. wenn es da draußen schon strahlt, dann hatten diese Strahlen noch keine Zeit, den Weg bis zu uns zu finden.
Diese Erkenntnis verändert natürlich meine Vorstellung. Was mir Schwierigkeiten bereitet : Wenn die dunkle Materie existiert, dann ist sie anscheinend transparent, läßt die Strahlung durch, absorbiert sie nicht ( es soll ja eine ganze Menge dunkle Materie geben ). Frage : Welche Materie hat diese Eigenschaft ?

Gruß,

Uwe P.

#17

Wenn wir so eine Sonde hätten, könnte man dann nicht
vielleicht damit auch innerhalb unseres (oder eines anderen)
Sonnensystems fündig werden nach Dunkler Materie ?

Das hängt davon ab, was Dunkle Materie ist und wie sie verteilt ist. Es ist nicht damit zu rechnen, dass wir im Sonnensystem einen Neutronenstern übersehen haben. Neutrinos gibt es jedoch viele. Sollten sie eine von Null verschiedene Ruhemasse haben, dann gäbe es auch in unserem Sonnensystem reichlich Dunkle Materie.

Michael

1 Like
#18

Hallo!

Ich bin Biologe und kein Physiker und kann Dir daher nicht allzu viel davon erzählen, aber ich versuch mal das rüberzubringen, was ich weiß:

Die Dunkle Materie ist die Masse, die zusätzlich vorhanden scheint, damit man bestimmte Bewegungsvorgänge bei kosmischen Objekten erklären kann. Das können 2 versch.Formen sein:

  • normale uns bekannte Materie, die wir in unserer Umwelt (und damit meine ich natürlich nicht nur auf unserem Planeten) wahrnehmen können;
    die ist halt anscheinend „zusätzlich“ wenn wir sie (noch) nicht gefunden (mit Teleskopen oder so) haben; Grund dafür kann z.B.sein, daß sie weder eigene Energie abstrahlt noch reflektiert.
    Diese wäre vermutlich nicht transparent.

  • eine andere uns bisher nicht geläufige Form (sog. nicht-baryonische) Materie; diese ist deshalb in einer Art „dunklen“=„nicht sichtbaren“ Form, da sie mit „unserer“ bekannten Art nicht wechselwirkt und dadurch unsichtbar ist; diese ist durchlässig für Photonen (also Licht).

Mehr weiß ich leider nicht, hoffe es hilft trotzdem weiter.

Gruß
Peter

#19

Nochmal danke,Gruß, Peter

#20

Hallo,

Vielen Dank Phillip

ein L und drei P, bitte :wink:.

Diese Erkenntnis verändert natürlich meine Vorstellung. Was
mir Schwierigkeiten bereitet : Wenn die dunkle Materie
existiert, dann ist sie anscheinend transparent, läßt die
Strahlung durch, absorbiert sie nicht ( es soll ja eine ganze
Menge dunkle Materie geben ).

Wenn du unser Sonnensystem von weit weg anschaust, wirst du nur die Sonne sehen, auch wenn Jupiter alles andere als transparent ist. Nur wenn du sehr genau hinschaust, kannst du aus vielleicht einer leichten Ellipsenbewegung der Sonne auf die Existenz eines Planeten schließen.

Darüberhinaus kann DM in der Tat `durchsichtig’ sein, wenn sie aus Teilchen besteht, die nicht (nennenswert) mit Licht wechselwirken. Das trifft z.B. auf Neutrinos zu, von denen just in diesem Moment unzählige durch deinen Körper fliegen - ohne dass du irgendetwas bemerkst.

Frage : Welche Materie hat diese Eigenschaft ?

Neben gewöhnlicher Materie, die schlicht zu dunkel ist, um gesehen zu werden (wie Planeten oder braune Zwerge), gibt es auch weitere Kandidaten: von den bereits bekannten Teilchen wären theoretisch die Neutrinos geeignet, da sie nur schwach wechselwirken, praktisch sind sie weniger geeignet, da sie zwar Masse haben, aber zu wenig, so dass sie sich viel zu schnell bewegen (`heiße DM’).

Darüberhinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Kandidatenteilchen, die häufig durch Erweiterungen des Standardmodells vorhergesagt werden, die ganz andere Probleme lösen sollen und dann quasi nebenbei DM darstellen können: supersymmetrische Partner, Axionen, Anregungen auf Grund von Extradimensionen, sterile Neutrinos, …

–
Philipp