Astronomie Faden

[Gullix]

Kantel hat mich gestern gebeten, hier mal reinzuschauen. Eigentlich hat Wild Haggis schon alles gesagt. Dunkle Materie ist nicht nur dunkel, weil sie nicht leuchtet, sondern, weil sie überhaupt nicht mit Elektrizität oder Magnetfeldern (E und M ist in einem gewissen Sinne dasselbe, und Licht ist ein Spezialfall davon, eine bestimmte Anordnung von E- und B-Feldern) wechselwirkt. Eine schwarze Katze nachts sieht zwar dunkel aus, wechselwirkt aber natürlich mit Licht, kann zB eine Lichtquelle verdecken. Katzen bestehen ja aus Atomen. Bei Dunkler Materie wissen wir, dass Licht ungehindert durchscheint.

(Noch ein Beispiel für etwas, wo man erst denken könnte, dass es DM sein könnte: Neutronen. Die ja elektrisch neutral und fliegen im E-Feld ungestört geradeaus. Sie haben aber ein magnetisches Moment. Und die Emission von Gammastrahlung aus angeregten Atomkernen könnte man auch als Wechselwirkung mit E/M werten).


Für mich gibt es zwei naheliegende Möglichkeiten, was Dunkle Materie sein kann. Oder es könnte auch problemlos etwas noch anderes sein.

- eine Sorte Teilchen, die einigermaßen dünn und grob gleichmäßig (auf Astro-Skalen gleichmäßig) über das Universum verstreut ist. (Deshalb das Missverständnis gestern Abend. "Es könnte ein Gas sein". Für mich als Vielteilchenphysiker ist alles ein Gas, was aus vielen Teilchen besteht und sich über den zur Verfügung stehenden Raum verteilt. Muss für mich nicht unbedingt aus Atomen bestehen).

- ein Effekt, der die Gravitation ändert. Wir dachten ja lange, Gravitation wäre einfach 1/r² wie in der Newton-Physik, dann hat Einstein mit der Allgemeinen Relativität eine Detailkorrektur gefunden. Vielleich findet man noch eine Korrektur.

[Der Kantelberg]

Danke noch mal.

Ich bin jetzt wirklich schlauer als vorher.

[Gullix]

Gerne. Ich musste auch noch ein bisschen überlegen, um das ordentlich zu formulieren.

[Nahoïmi]

gleichmäßig

Meinst du hier Astrophysiker gleichmäßig oder wirklich Gas gleichmäßig? Die dunkle Materie weist ja auch Strukturen auf, ähnlich zur sichtbaren Materie. Und die inhomogenitäten der dunklen Materie hatten starken Einfluss auf die Formation unseres Universums, ohne dunkle Materie können wir die garnicht richtig beschreiben.

[Gullix]

Mein Hirn hört nicht auf, darüber nachzudenken, und ich muss spekulieren.

Am realistischsten finde ich, dass es irgendeine Art Teilchen ist, wovon ganz viele dünn über das Universum verteilt sind, und was halt keine E/M und vielleicht auch keine starke/schwache Wechselwirkung macht. Wenn man das annimmt, kann man aus den Beobachtungen (die Haggis ja erwähnt hat, Rotationsgeschwindigkeit, Gravitationslinsen und ich glaube auch irgendwas mit der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung) schließen, dass diese Teilchen grob ähnlich über das Universum verteilt sind wie die bekannte Materie. Innerhalb von Sonnensystemen ist mehr davon als im interstellaren Raum, und innerhalb der Galaxien ist mehr davon als in den unfassbar riesigen leeren Bereichen dazwischen

Die coolere und für mich befriedigendere Variante wäre, wenn die fundamentale Grumdannahme der Allgemeinen Relativität, Gleichheit von schwerer und träger Masse, falsch wäre. Das eine ist die Stärke der Gravitation, das andere der Widerstand gegen Veränderung der Bewegung. Es gibt keinen inhärenten Grund, warum das bei allen Objekten gleich sein sollte, aber alle die man kennt, sind halt gleich schwer wie träge. Man könnte auch sagen, proportional, und man hat sich einfach auf den Faktor Eins geeinigt und misst beides in Kilogramm. Dabei könnte man sich durchaus ein Objekt vorstellen, das sehr resistent gegen Schubsen ist, aber kaum von Gravitation betroffen ist.

[Gullix]

Meinst du hier Astrophysiker gleichmäßig oder wirklich Gas gleichmäßig? Die dunkle Materie weist ja auch Strukturen auf, ähnlich zur sichtbaren Materie. Und die inhomogenitäten der dunklen Materie hatten starken Einfluss auf die Formation unseres Universums, ohne dunkle Materie können wir die garnicht richtig beschreiben.

Gleichmäßig auf einer Größenskala, wo man so Kleinigkeiten wie ein-zwei Sonnensystemdurchmesser vernachlässigt.

[Nahoïmi]

Ich frag nur so blöd, weil man in der Astrophysik immer aufpassen muss, über welche Skala man grade redet und ob das gegenüber die gleiche meint. Es scheint ja z.B. auch ganze Galaxien zu geben, die keine/zu wenig dunkle Materie beinhalten: https://arxiv.org/abs/2303.11360

[Gullix]

Klar, kein Problem. Ich hab auch gerade einen Typo entdeckt, "groß gleichmäßig" -> "grob gleichmäßig". Dann wäre es vielleicht direkt klar gewesen.

Dass es Galaxien gibt, die deutlich abweichen, wusste ich gar nicht. Mein Wissen kommt vom Kolloquium aus meiner Uni-Zeit, wo externe Experten eingeladen wurden, ihr Forschungsthema halbwegs verständlich (für Leute mit Physik-Hintergrund aber anderem Spezialgebiet) vorzustellen. Was mal gut mal schlecht funktioniert hat.

[Nahoïmi]

Das Paper ist auch erst aus 2023 und sie haben den Mechanismus, der das verursachen könnte noch nicht verstanden. Oder es ist einfach ein Messfehler, die macht Astro-Crew ja gerne

[Baldri]

Was hältst du von der Branentheorie, Gullix?

[Gullix]

Wort noch nie gehört.

[Gullix]

Gerade mal den Wiki-Artikel durchgelesen. Naja. Also Stringtheorie fand ich immer albern. "Ich baue eine Theorie so auf, dass man sie nie nachweisen oder falsifizieren kann" gehört in die Kirche, nicht in die Uni. Zusätzliche Dimension(en), aber nur eine Plancklänge Ausdehnung, ja well.

Ich tue damit aber wahrscheinlich ein paar Leuten Unrecht. Spekulativ muss nichts Schlechtes sein, und vielleicht fällt ihnen ja ein Weg zum Nachweis ein. Die sind ja nicht dümmer oder weniger wissenschaftlich als ich, im Gegenteil.

[Baldri]

Zufriedenstellend.

[WeissNix]

Gerade mal den Wiki-Artikel durchgelesen. Naja. Also Stringtheorie fand ich immer albern. "Ich baue eine Theorie so auf, dass man sie nie nachweisen oder falsifizieren kann" gehört in die Kirche, nicht in die Uni. Zusätzliche Dimension(en), aber nur eine Plancklänge Ausdehnung, ja well.

Das erinnert mich an was..

[Rob Anybody]

Dass es Galaxien gibt, die deutlich abweichen, wusste ich gar nicht. Mein Wissen kommt vom Kolloquium aus meiner Uni-Zeit, wo externe Experten eingeladen wurden, ihr Forschungsthema halbwegs verständlich (für Leute mit Physik-Hintergrund aber anderem Spezialgebiet) vorzustellen. Was mal gut mal schlecht funktioniert hat.

Sorry, aber dann ist dein Wissen über Dunkle Materie nur veraltetes Wissen und dieses hast du nur vom Hören-Sagen?
Und möglicherweise haben es die externen Experten nicht geschafft, das Thema verständlich genug zu erklären?

Dann traue ich mich, als Nicht-Physiker mit meinem Halb-Wissen zu kontern.

Für mich gibt es zwei naheliegende Möglichkeiten, was Dunkle Materie sein kann. Oder es könnte auch problemlos etwas noch anderes sein.

- eine Sorte Teilchen, die einigermaßen dünn und grob gleichmäßig (auf Astro-Skalen gleichmäßig) über das Universum verstreut ist. (Deshalb das Missverständnis gestern Abend. "Es könnte ein Gas sein". Für mich als Vielteilchenphysiker ist alles ein Gas, was aus vielen Teilchen besteht und sich über den zur Verfügung stehenden Raum verteilt. Muss für mich nicht unbedingt aus Atomen bestehen).

- ein Effekt, der die Gravitation ändert. Wir dachten ja lange, Gravitation wäre einfach 1/r² wie in der Newton-Physik, dann hat Einstein mit der Allgemeinen Relativität eine Detailkorrektur gefunden. Vielleich findet man noch eine Korrektur.

Beobachtungen wie diese

Ich frag nur so blöd, weil man in der Astrophysik immer aufpassen muss, über welche Skala man grade redet und ob das gegenüber die gleiche meint. Es scheint ja z.B. auch ganze Galaxien zu geben, die keine/zu wenig dunkle Materie beinhalten: https://arxiv.org/abs/2303.11360

lasen die Waagschale immer mehr in Richtung "eine Sorte Teilchen" kippen. Diese Teilchen sind ungleichmäßig im Universum verteilt und nicht immer dort wo sich die normale Materie befindet. Selbst 13.8 Milliarden Jahre nach dem Urknall ist die normale Materie immer noch auf dem Weg dorthin, wo es die meiste "Dunkle Materie" gibt (Wanderung der Galaxien und Galaxienhaufen). https://de.wikipedia.org/wiki/Gro%C3%9Fer_Attraktor

Ein Effekt, der die Gravitation ändert, müsste viel gleichmäßiger auftreten. Der Versuch eine ungleichmäßige Verteilung zu erklären, führt zu immer "abenteuerlicheren Annahmen", wie die höherdimensionalen Branen. Viele theoretische Physiker haben versucht sich einen Namen zu machen, in dem sie versucht haben Einstein zu wiederlegen. Einstein hat bisher immer recht behalten.

Gerade mal den Wiki-Artikel durchgelesen. Naja. Also Stringtheorie fand ich immer albern. "Ich baue eine Theorie so auf, dass man sie nie nachweisen oder falsifizieren kann" gehört in die Kirche, nicht in die Uni. Zusätzliche Dimension(en), aber nur eine Plancklänge Ausdehnung, ja well.

Ich tue damit aber wahrscheinlich ein paar Leuten Unrecht. Spekulativ muss nichts Schlechtes sein, und vielleicht fällt ihnen ja ein Weg zum Nachweis ein. Die sind ja nicht dümmer oder weniger wissenschaftlich als ich, im Gegenteil.

Für mich fällt die Stringtheorie unter das Ockhams Rasiermesser. Sie ist viel zu kompliziert und bringt keine besseren Erklärungen. Aber ja, für theoretissche Physiker ist es cool damit anzugeben.

Eine mögliche und hinreichende Erklärung ist:
"Dunkle Materie" ist tatsächlich Materie. Sie ist aber nicht dunkel, sondern eher unsichtbar oder durchscheinend, soweit Alltagsbegriffe das überhaupt verständlich umschreiben können.
Diese "Dunkle Materie" hat man in Teilchenbeschleunigern noch nicht finden können, weil sie nur bei hohen Energien auftritt. Aufgrund dieser hohen Energien ist sie beim Abkühlen des Universums vor der normalen Materie entstanden. Dadurch konnte die "Dunkle Materie" durch ihre Schwerkraft die normale Materie bereits beeinflussen, bevor diese in der Lage war Sterne und Galaxien zu bilden. Stichwort: Reionisierung https://de.wikipedia.org/wiki/Reionisierungsepoche

Die coolere und für mich befriedigendere Variante wäre, wenn die fundamentale Grumdannahme der Allgemeinen Relativität, Gleichheit von schwerer und träger Masse, falsch wäre. Das eine ist die Stärke der Gravitation, das andere der Widerstand gegen Veränderung der Bewegung. Es gibt keinen inhärenten Grund, warum das bei allen Objekten gleich sein sollte, aber alle die man kennt, sind halt gleich schwer wie träge. Man könnte auch sagen, proportional, und man hat sich einfach auf den Faktor Eins geeinigt und misst beides in Kilogramm. Dabei könnte man sich durchaus ein Objekt vorstellen, das sehr resistent gegen Schubsen ist, aber kaum von Gravitation betroffen ist.

Ein interssanter Gedanke. Möglicherweise hat die Dunkle Maeterie keine Trägheit. Dann könnte sie schnell davon laufen und die normale träge Materie müsste immer erst langsam hinterher hecheln.

Es gibt viele Theorien, doch diese müssen nicht nur mathematisch sondern auch physikalisch bewiesen werden. Mit den neuen Experimenten erwarte ich Frotschritte.

Der aktuelle Stand der physikalischen Forschung wird hier gut dargestellt.
https://www.weltderphysik.de/gebiet/...materie-geben/