Kein Hinweis auf DM am CERN

[P_E_T_E_R]

Wenn Dunkle Materie (DM) in Form von massiven Teilchen existiert, könnten diese auch in großen Mengen im LHC am CERN produziert werden. Ein wesentlicher Anteil der bei den Teilchenkollisionen erzeugten Higgs-Bosonen könnte dann in solche DM-Teilchen zerfallen. Diese sind zwar in den Teilchendetektoren unsichtbar. Gleichwohl kann man (ähnlich wie bei Neutrinos) indirekt aus einem Defizit der Energie- und Impulsbilanz der sichtbaren Teilchenspuren auf die Existenz solcher unsichtbarer Teilchen schließen.

Es gibt dafür allerdings auch jede Menge an Untergrund wie solchen Neutrinoereignissen, die ebenfalls ein massives Impulsdefizit aufweisen. Eine quantitative Analyse setzt also eine umfassende und zuverlässige Beschreibung dieses Untergrundes im Rahmen der bekannten Prozesse des Standardmodells voraus.

Die ATLAS-Kollaboration hat nun für die akkumulierten Daten zwischen 2015 und 2018 solch eine Analyse durchgeführt und keinen Hinweis auf DM mit einer Masse oberhalb der Protonenmasse gefunden:

The ATLAS Collaboration - Search for invisible Higgs boson decays ...

Upper limits on the spin-independent WIMP-nucleon cross section using Higgs portal interpretations of B_inv at 90% CL vs. m_WIMP.

Upper limit on cross section times branching ratio to invisible particles for heavy scalar mediator particle as a function of its mass.

Credit: The ATLAS Collaboration

phys.org - Probing Dark Matter With The Higgs Boson

 

[kirk11]

Hochinteressant - aber ich verstehe nicht so ganz warum dieses Ergebnis nur DM-Teilchen bis zu Protonen-Größe betrifft.
Wenn Neutrinos ihre Spur hinterlassen in der Energie- + Impulsbilanz, warum dann nicht auch hypothetische DM-Teilchen im Gewichtsbereich zwischen Neutrinos und einem Proton...

 

[P_E_T_E_R]

Wenn Neutrinos ihre Spur hinterlassen in der Energie- + Impulsbilanz, warum dann nicht auch hypothetische DM-Teilchen im Gewichtsbereich zwischen Neutrinos und einem Proton...

Tja, gut gebrüllt, Löwe! Für einen Nachweis, braucht es nicht nur ein klares Signal, sondern auch eine vollständige Beschreibung aller möglichen Untergrundquellen. Darum geht es ja in dem Papier, und das bestimmt dann wohl auch die Grenzen der Methode.

 

[Nebelhorn]

Vermutlich liegt es zum Teil daran, dass die Kopplung von Teilchen ans Higgs proportional zu ihrer Masse ist. Das Higgs zerfaellt deshalb seltener in leichte Teilchen. Womoeglich kann man diese Zerfaelle deshalb nur schwer von Untergrundereignissen trennen.

 

[P_E_T_E_R]

Vermutlich liegt es zum Teil daran, dass die Kopplung von Teilchen ans Higgs proportional zu ihrer Masse ist. Das Higgs zerfaellt deshalb seltener in leichte Teilchen. Womoeglich kann man diese Zerfaelle deshalb nur schwer von Untergrundereignissen trennen.

Siehe Status of Higgs boson physics

> II.1. The SM Higgs boson mass, couplings and quantum numbers

The Higgs boson couplings to the fundamental particles are set by their masses. This is a new type of interaction; very weak for light particles, such as up and down quarks, and electrons, but strong for heavy particles such as the W and Z bosons and the top quark. More precisely, the SM Higgs couplings to fundamental fermions are linearly proportional to the fermion masses, whereas the couplings to bosons are proportional to the square of the boson masses.

 

[Nebelhorn]

Zu leicht darf ein DM-Kandidat sowieso nicht sein, denn er hilft dann nicht bei dem DM-Problem.

 

[Alexander_Funk]

Zu leicht darf ein DM-Kandidat sowieso nicht sein, denn er hilft dann nicht bei dem DM-Problem.

Warum?

 

[Nebelhorn]

Soweit ich weiß laesst sich die Bildung von Galaxien und Galaxienhaufen etc. nur verstehen, wenn die dunkle Materie bereits vor der Entkopplung von Licht und Materie, also vor dem Entstehen der kosmischen Hintergrundstrahlung, gravitativ zusammengeklumpt ist. Die "normale" Materie ist dann nach der Entkopplung von den Photonen in diese quasi vorgefertigten Gravitationspotentiale der dunklen Materie hingefallen und hat die uns bekannten Strukturen gebildet. Wenn die DM-Kandidaten nun zu leicht sind, dann waere die DM nach dem Urknall noch zu lange zu heiß gewesen, so dass sich dann die dunkle Materie nicht schnell genug zusammengeklumpt haette. Die dunkle Materie haette zu lange gebraucht, um abzukuehlen. Teilchen der dunklen Materie duerfen deshalb nicht zu leicht sein, damit sie die Beobachtungen erklaeren koennen.

Das ist jedenfalls das, was ich mal aufgeschnappt habe. Ich lasse mich gerne korrigieren.

 

[Nebelhorn]

Es kann wohl aber noch sehr leichte Axionen geben, die wohl auch infrage kommen.

 

[P_E_T_E_R]

Es kann wohl aber noch sehr leichte Axionen geben, die wohl auch infrage kommen.

Wonach ebenfalls schon sehr lange und bislang vergeblich gesucht wird.

Mit einer mutmaßlichen Masse im Bereich von 10^-5 bis 10^-3 eV gäbe es dann allerdings kaum eine Chance, diese in Higgs-Zerfällen am LHC zu finden, zumal die Kopplung an Bosonen mit dem Quadrat der Masse skaliert.

Andererseits besteht theoretisch die Möglichkeit, dass sich solche Axionen über astronomische Dimensionen zu einem sog. Bose-Einstein-Kondensat verdichten, was dann der lokalen Konzentration von DM in unserer Milchstraße und anderswo entsprechen würde. Manche Autoren spekulieren sogar über die Möglichkeit von Bose-Sternen ...

 

[AstroPZ]

Hi Experten,

als Laie, deutet das alles nicht irgendwie daraufhin, dass die DM nicht im üblichen Teilchen-Bild erklärt werden kann?
Oder überinterpretiere ich das jetzt?

Gruß

 

[P_E_T_E_R]

deutet das alles nicht irgendwie daraufhin, dass die DM nicht im üblichen Teilchen-Bild erklärt werden kann?

Auch wenn WIMPs und Axionen exotische Eigenschaften hätten, so stellt man sich diese doch als Teilchen mit einer fixen Masse und charakteristischen Quantenzahlen vor. Also nicht wie die Cheshire Cat aus Alice in Wonderland, die mal dies, mal das, alles oder nichts sein kann.

 

[AstroPZ]

Auch wenn WIMPs und Axionen exotische Eigenschaften hätten, so stellt man sich diese doch als Teilchen mit einer fixen Masse und charakteristischen Quantenzahlen vor. Also nicht wie die Cheshire Cat aus Alice in Wonderland, die mal dies, mal das, alles oder nichts sein kann.

Ich kann inhaltlich nicht mitreden, da ich weiss, dass ich nichts weiss.

Mich erinnert es halt ein bisschen an die Zeit von Einsteins ART.
Keiner konnte sich die Experimente mit Licht und Lichtgeschwindigkeit zu dieser Zeit erklären.

Einstein hat sich "einfach" gesagt, jetzt nehme ich die Phänomene als gegeben hin, auch wenn das total "id-iotisch" ist und baue darauf eine Theorie auf.
Vielleicht muss auch jetzt einer der Physiker beiseite treten, alle bisherige Ansätze vergessen und nur von den Phänomenen ausgehen.

Aber ich weiss, dass ist bestimmt schon passiert und hat auch keinen Erfolg gebracht.

Gruß

 

[Nebelhorn]

Wonach ebenfalls schon sehr lange und bislang vergeblich gesucht wird.

Mit einer mutmaßlichen Masse im Bereich von 10^-5 bis 10^-3 eV gäbe es dann allerdings kaum eine Chance, diese in Higgs-Zerfällen am LHC zu finden, zumal die Kopplung an Bosonen mit dem Quadrat der Masse skaliert.

Andererseits besteht theoretisch die Möglichkeit, dass sich solche Axionen über astronomische Dimensionen zu einem sog. Bose-Einstein-Kondensat verdichten, was dann der lokalen Konzentration von DM in unserer Milchstraße und anderswo entsprechen würde. Manche Autoren spekulieren sogar über die Möglichkeit von Bose-Sternen ...

Axion kann man mit den Experimenten am LHC nicht finden, dafuer sind sie viel zu leicht. Es gibt aber interessante "light-shining-through-the-wall"-Experimente, wie z. B. das ALPS-Experiment. In dem Experiment wird ein Laser durch ein Magnetfeld geschickt und trifft auf eine optisch dichte Barriere. Wenn es Axionen gibt, dann koennen sich die Photonen des Lasers im Magnetfeld in Axionen umwandeln, die dann ungehindert durch die Barriere fliegen koennen und sich dahinter wieder in Photonen wandeln koennen. Man schaut also, ob man Licht sieht, das durch die Wand leuchtet, was ein Hinweis auf Axionen waere.

Es gibt aber auch Experimente, die mit Teleskopen die Sonne beobachten und die Oeffnung abdecken. In den Teleskopen wird ein starkes Magnetfeld realisiert. Wenn man die Sonne trotz Abdeckung sehen kann, koennten das Axionen sein. Gefunden hat man wohl nichts bisher.

 

[Nebelhorn]

Hi Experten,

als Laie, deutet das alles nicht irgendwie daraufhin, dass die DM nicht im üblichen Teilchen-Bild erklärt werden kann?
Oder überinterpretiere ich das jetzt?

Gruß

Hallo,

ne es gibt noch so viel Raum, dass es doch irgendein Teilchen ist. Die ganzen Theorien ueberschlagen sich. Es gibt laufend neue.

Viele Gruesse
Joerg

 

[kirk11]

Meine subjektive Rangliste für die Zusammensetzung / Erläuterung der DM:

1. Sie setzt sich zusammen aus (noch zu findenden) Teilchen im (Gewichts-)Bereich schwer bis superschwer

2. (neu - eine Idee von AstroPZ aufgreifend bzw. weitergeführt) DM ist KEIN Teilchen sondern eine Art Kraft, als grober Vergleich in die Richtung Higgs-Feld 2.0. Also etwas was (zusätzliche) Masse macht und nicht Masse hat. Deswegen würden sich auch keine DM-Teilchen finden lassen, egal wie raffiniert man danach sucht.
Die Dichte der DM ist ja mW grosso modo proportional zur Dichte der konventionellen Materie - so postuliert man z.B. in Voids deutlich weniger DM als außerhalb bzw. im Bereich des Galaxienzentrum soll die DM-Dichte am höchsten sein, bezogen auf eine Spiralarmgalaxie.
DM ist nun der Faktor welcher das interstellare & intergalaktische Medium schwerer macht als bisher berechnet. Vielleicht eine bisher nicht berücksichtigte bzw. gefundene Art der Wechselwirkung, welche in der Summe die (fehlende) Masse erzeugt, welche derzeit der DM zugerechnet wird. Auch und gerade - bezogen auf eine Galaxie - im Bereich des Halos (+ gegebenfalls Korona) würde das zum Tragen kommen.

Zugegebenermaßen etwas wild spekuliert, aber solange das Rätsel der DM nicht gelöst ist, sollte man sich keine Denkverbote auferlegen, finde ich...

 

[Nebelhorn]

Meine subjektive Rangliste für die Zusammensetzung / Erläuterung der DM:

1. Sie setzt sich zusammen aus (noch zu findenden) Teilchen im (Gewichts-)Bereich schwer bis superschwer

2. (neu - eine Idee von AstroPZ aufgreifend bzw. weitergeführt) DM ist KEIN Teilchen sondern eine Art Kraft, als grober Vergleich in die Richtung Higgs-Feld 2.0. Also etwas was (zusätzliche) Masse macht und nicht Masse hat. Deswegen würden sich auch keine DM-Teilchen finden lassen, egal wie raffiniert man danach sucht.
Die Dichte der DM ist ja mW grosso modo proportional zur Dichte der konventionellen Materie - so postuliert man z.B. in Voids deutlich weniger DM als außerhalb bzw. im Bereich des Galaxienzentrum soll die DM-Dichte am höchsten sein, bezogen auf eine Spiralarmgalaxie.
DM ist nun der Faktor welcher das interstellare & intergalaktische Medium schwerer macht als bisher berechnet. Vielleicht eine bisher nicht berücksichtigte bzw. gefundene Art der Wechselwirkung, welche in der Summe die (fehlende) Masse erzeugt, welche derzeit der DM zugerechnet wird. Auch und gerade - bezogen auf eine Galaxie - im Bereich des Halos (+ gegebenfalls Korona) würde das zum Tragen kommen.

Zugegebenermaßen etwas wild spekuliert, aber solange das Rätsel der DM nicht gelöst ist, sollte man sich keine Denkverbote auferlegen, finde ich...

Hallo,

das Problem an der Sache ist, dass es eine Vielzahl von voellig unterschiedlichen Beobachtungen gibt, nach denen es dunkle Materie geben muss. Es wurde und wird auch versucht, die vorhandenen Theorien anzupassen. Man hat dann aber oft das Problem, dass man nicht alle Beobachtungen beschreiben kann.

Ich glaube im Allgemeinen kann man nicht sagen, dass die dunkle Materie proportional zur baryonischen Materie verteilt ist. Bei der Strukturentstehung im Universum ist die baryonische Materie vermutlich der Verteilung dunken Materie gefolgt.

Dein Ansatz einer neuen Kraft duerfte vermutlich auch nicht so einfach funktionieren, denn die dunkle Materie wechselwirkt zumindest ueber die Gravitation mit baryonischer Materie. Ich glaube, mit einer neuen Kraft koennte man auch z. B. nicht so einfach das Auftreten des sogenannten Bullet Clusters erklaeren. Es handelt sich hierbei um zwei Galaxienhaufen, die durcheinander hindurch geflogen sind. Aus den optischen Messungen konnte man die visuelle Verteilung der Materie bestimmen (Galaxien). Bei dem Hindurchfliegen sind die intergalaktischen Gaswolken miteinander kollidiert und haben sich dadurch aufgeheizt. Das Gas strahlt deshalb im Roentgenbereich, was man messen konnte.

Das Interessante ist nun, dass sich die Galaxien links und rechts von uns aus gesehen befinden und das heiße Gas genau dazwischen, denn die beiden Gaswolken sind aufeinandergeprallt. Soweit ich weiß, befindet sich in dem intergalaktischen Gas mehr Masse als in den Sternen und damit Galaxien.

Hieraus folgt nun, dass im Bulletcluster die meiste baryonische (d. h. nicht dunkle) Masse in der Mitte zwischen den Galaxienhaufen angeordnet ist und nicht in den Galaxienhaufen selber. Man konnte nun durch Verwendung von Gravitationslinsen die Massenverteilung am Bulletcluster messen und hat festgestellt, dass die größten Massen sich in den Galaxienhaufen befinden und nicht in den kollidierten Gaswolken. Das wird dadurch erklaert, dass die dunkle Materie in den beiden Galaxienhaufen genau wie die Galaxien selber bei dem Hindurchfliegen der beiden Galaxienhaufen quasi wechselwirkungsfrei aneinander vorbeigeflogen ist. Nur das massereiche Gas in den Galaxienhaufen ist kollidiert. Diese Separation von dunkler Materie und baryonischer Materie duerfte mit einer neuen Kraft oder einer Anpassung der bekannten Kraefte nur schwer vereinbar sein. Vielleicht ist es nicht voellig unmoeglich, aber es deutet schon in die Richtung.

Viele Gruesse
Joerg

 

[kirk11]

@ Joerg

Bitte um ein konkretes Beispiel wo DM und bayronische Masse nicht in direkter Proportionalitaet auftreten, in Bezug auf deren Dichte.

Die 'Neue Kraft' (statt DM) soll ja auch mit bayronischer Materie wechselwirken, quasi indem sie deren Masse / Gravitation verstaerkt - der Mechanismus ist zwar ein anderer aber die Wirkung bleibt gleich - mehr Gravitation.

Wenn dieses System tatsaechlich so funktionieren sollte, dann wuerde wohl eine Kollision (z.B. von Galaxienhaufen) auch nichts daran aendern.

 

[Nebelhorn]

Wie gesagt, ein Beispiel ist der Bullet Cluster: Bullet Cluster - Wikipedia Es gibt dazu sehr instruktive Bilder.

Ein weiteres Beispiel sind die klassischen Rotationskurven von Galaxien, die gerade deshalb so interessant sind, weil sie eben nicht zu der sichtbaren Verteilung der Materie passen. Die dunkle Materie muss anders verteilt sein als die baryonische. Die dunkle Materie kann also nicht einfach proportional zur baryonischen Materie angeordnet sein. Fuer sich alleine betrachtet sind die Rotationskurven aber natuerlich kein Beweis. Bei Spiralgalaxien ist die sichtbare Materie eher in der Scheibe und im Zentrum angeordnet. Die Rotationskurven passen aber eher zu einer kugelsymmetrischen Anordung der dunklen Materie im Halo, wenn die dunkle Materie die Erklaerung fuer die nicht abfallenden Rotationskurven ist. In dem Fall waere die dunkle Materie nicht einfach proportional zur sichtbaren, sondern deutlich anders angeordnet.

 

[kirk11]

Vorweg:

wie schon oberhalb geschrieben halte ich es ja auch nach wie vor für am wahrscheinlichsten, dass DM aus Teilchen besteht.

Aber trotzdem möchte ich diese alternativen Überlegungen noch nicht ad acta legen.

Der Begriff Proportionalität ist in diesem Zusammenhang vielleicht nicht so ganz optimal gewählt, weil es hier um allgemeine und nicht um präzise Übereinstimmungen geht.

4 Schauplätze:

1. Zentrum der Galaxie - Dichte der bayronische Materie sowie der DM am höchsten
2. Galaxienscheibe - Dichte der bayronische Materie sowie der DM niedriger, aber am zweithöchsten
3. Halo + Korona - Dichte der bayronische Materie sowie der DM jeweils noch niedriger
4. Voids - Dichte der bayronische Materie sowie der DM extrem niedrig (nach meinem Wissensstand)

Nenne mir (soweit möglich) einen Schauplatz wo postuliert wird, dass die Dichte der bayronischen Materie hoch und die der DM niedrig ist (oder umgekehrt).

Es ist ja nicht so dass Halo + Korona frei von bayronischer Materie sind. Die postulierte DM-Dichte für diesen Bereich (leider ist mir dazu keine konkrete Schätzung bekannt) ist nicht gerade hoch, aber durch die gewaltige Ausdehnung im Vergleich zur Galaxienscheibe ergibt sich dann eben, dass der Großteil der Masse in Halo + Korona liegt.
Wie diese Masse / Gravitation zusammenkommt ist ja nicht endgültig geklärt solange keine konkreten DM-Teilchen gefunden worden sind.

Was diese Kraft ist, wie diese wirkt (z.B. gleichmäßig auf bayronische Masse oder auch unterschiedlich stark, je nach Zusammensetzung derselbigen), etc., darüber möchte ich noch nicht einmal Spekulationen anstellen, ich wollte nur mal die Grundidee festhalten...

 

[Nebelhorn]

Ich glaube dein zweiter und dritter Schauplatz steht so wie von dir behauptet nicht fest. Die Rotationskurven sprechen eher dafuer, dass die dunkle Materie in der Scheibe eben nicht am zweithoechsten ist, sondern dass sie stattdessen im Halo steckt. Laut Wikipedia sitzt der ueberwiegende Teil der Masse einer Galaxie im Halo und zwar in Form von dunkler Materie. Auf die Schnelle kann ich jetzt leider keine bessere Quelle finden, aber das ist zumindest auch das, was ich dunkel in Erinnerung habe.

 

[M_Hamilton]

Hallo Kirk,

4 Schauplätze:

1. Zentrum der Galaxie - Dichte der bayronische Materie sowie der DM am höchsten
2. Galaxienscheibe - Dichte der bayronische Materie sowie der DM niedriger, aber am zweithöchsten
3. Halo + Korona - Dichte der bayronische Materie sowie der DM jeweils noch niedriger
4. Voids - Dichte der bayronische Materie sowie der DM extrem niedrig (nach meinem Wissensstand)

Nenne mir (soweit möglich) einen Schauplatz wo postuliert wird, dass die Dichte der bayronischen Materie hoch und die der DM niedrig ist (oder umgekehrt).

Wir haben das Ganze doch vor 2 Monaten diskutiert:

Gedanken zur Dunklen Materie

Über den Gravitationslinseneffekt lassen sich ja nicht nur Aufschlüsse über das dahinter liegende Objekt gewinnen sondern auch über die Gravitationslinse selber. Interessant wäre inwieweit man verlässlich unterscheiden kann, ob ein SL oder DM im engeren Sinn für den betreffenden...

forum.astronomie.de

Die Dichte der Dunklen Materie nimmt im gesamten Halo mit ca. 1/r² zum Zentrum hin radial zu, die baryonische Materie ist nur in der Scheibe konzentriert.

Viele Grüße
Mark

 

[P_E_T_E_R]

Die DM-Dichteverteilung wird häufig mit dem Navarro-Frenk-White (NFW)-Profil beschrieben. Eine Alternative ist das Einasto-Profil.

Credit: Wikipedia

 

[M_Hamilton]

Hallo Peter,

danke für das Diagramm. Das von mir erwähnte, simple Modell hat

rho(r) = c/r².

Das Navarro–Frenk–White Profil ist eine Verbesserung davon und hat die Form

rho(r) = rho_0 / (r/R_s * (1+r/R_s)²).

Für kleine r läuft rho(r) im NFW-Profil ungefähr wie

1/r

und für große r ungefähr wie

1/r³.

Man sieht das auch an der Steigung der Kurve im log-Diagramm.

Galaxy rotation curve - Wikipedia

en.wikipedia.org

Viele Grüße
Mark

 

[kirk11]

Ich glaube dein zweiter und dritter Schauplatz steht so wie von dir behauptet nicht fest. Die Rotationskurven sprechen eher dafuer, dass die dunkle Materie in der Scheibe eben nicht am zweithoechsten ist, sondern dass sie stattdessen im Halo steckt. Laut Wikipedia sitzt der ueberwiegende Teil der Masse einer Galaxie im Halo und zwar in Form von dunkler Materie. Auf die Schnelle kann ich jetzt leider keine bessere Quelle finden, aber das ist zumindest auch das, was ich dunkel in Erinnerung habe.

Das stimmt schon so wenn Du von der Masse der DM sprichst - die ist natuerlich im Halo bei weitem am hoechsten.
Aber ich meine die durchschnittliche Dichte der DM fuer die Galaxienscheibe im Vergleich zur durchschnittlichen Dichte im Halo.
Und dafuer sollte mW der Wert in der Galaxienscheibe deutlich hoeher sein.

 

[kirk11]

Hallo Kirk,



Wir haben das Ganze doch vor 2 Monaten diskutiert:

Gedanken zur Dunklen Materie

Über den Gravitationslinseneffekt lassen sich ja nicht nur Aufschlüsse über das dahinter liegende Objekt gewinnen sondern auch über die Gravitationslinse selber. Interessant wäre inwieweit man verlässlich unterscheiden kann, ob ein SL oder DM im engeren Sinn für den betreffenden...

forum.astronomie.de

Die Dichte der Dunklen Materie nimmt im gesamten Halo mit ca. 1/r² zum Zentrum hin radial zu, die baryonische Materie ist nur in der Scheibe konzentriert.

Viele Grüße
Mark

Das 1/r^2... fuer das Halo ist natuerlich ein berechtigter Einwand aber bayronische Masse ist schon auch im Halo zu finden: Kugelsternhaufen, Reste von Zwerggalaxien, etc.

 

[Nebelhorn]

Das stimmt schon so wenn Du von der Masse der DM sprichst - die ist natuerlich im Halo bei weitem am hoechsten.
Aber ich meine die durchschnittliche Dichte der DM fuer die Galaxienscheibe im Vergleich zur durchschnittlichen Dichte im Halo.
Und dafuer sollte mW der Wert in der Galaxienscheibe deutlich hoeher sein.

Hallo Kirk,

Leider weiß ich nicht, ob ich dich richtig verstanden habe. Ich frage mich, ob es ueberhaupt sinnvoll ist, eine durchschnittliche Dichte fuer den gesamten Halo anzugeben, denn die Dichte faellt in radialer Richtung schnell ab. Das, was man dann als Durchschnitt bekommt, haengt doch empfindlich davon ab, wo man den Cutoff hinsetzt, und kann deshalb beliebig klein werden oder habe ich dich falsch verstanden?

Viele Grueße
Joerg

 

[Mischa]

Nenne mir (soweit möglich) einen Schauplatz wo postuliert wird, dass die Dichte der bayronischen Materie hoch und die der DM niedrig ist (oder umgekehrt).

Sehr wenig DM im Vergleich zu baryonischer Materie:
Guo et al. 2020: Further evidence for a population of dark-matter-deficient dwarf galaxies

Sehr viel DM im Vergleich zu baryonischer Materie:
Kirby et al. 2015: TRIANGULUM II: POSSIBLY A VERY DENSE ULTRA-FAINT DWARF GALAXY

mischa

 

[kirk11]

Hallo Kirk,

Leider weiß ich nicht, ob ich dich richtig verstanden habe. Ich frage mich, ob es ueberhaupt sinnvoll ist, eine durchschnittliche Dichte fuer den gesamten Halo anzugeben, denn die Dichte faellt in radialer Richtung schnell ab. Das, was man dann als Durchschnitt bekommt, haengt doch empfindlich davon ab, wo man den Cutoff hinsetzt, und kann deshalb beliebig klein werden oder habe ich dich falsch verstanden?

Viele Grueße
Joerg

Den Cutoff sollte man wohl dort ansetzen wo das Halo in Richtung aussen endet.
Die Berechnung kann ja nicht so schwer sein, da man beide benoetigten Faktoren kennt (ca.):
das Volumen des Halos und die Masse der DM - ich meine jetzt in Bezug auf die Milchstrasse...

 

[P_E_T_E_R]

Den Cutoff sollte man wohl dort ansetzen wo das Halo in Richtung aussen endet.

Mathematisch betrachtet endet der Halo in unendlicher Entfernung, das wäre also kein sinnvoller Cutoff, zumal das dann eine mittlere Halodichte von null ergäbe.

Für die Milchstraße ergibt ein Fit an das NFW-Profil (*)

rho (r) = rho_0 / {(r/r_0) [1 + (r/r_0)]²}

die folgenden Parameter:

rho_0 = 0.0521 M_s / pc³ = 3,53 x 10^-21 kg/m³ = 2,11 m_p/cm³

r_0 = 8,1 kpc (Sonnenabstand vom Zentrum der Milchstraße)

Mit zunehmendem Abstand r/r_0 fällt die DM-Dichte dann wie folgt

r/r_0       rho/rho_0

 0,50        0,88889
 0,75        0,43537
   1         0,25000   
   2         0,05555
   3         0,02083
   4         0,01000
   5         0,00555
   6         0,00340
   7         0,00223
   8         0,00154
   9         0,00111
  10         0,00083

(*) Siehe dazu: The Dark Matter Profiles in the Milky Way

In der Sonnenumgebung im Abstand r_0 ~ 8,1 kpc vom Zentrum der Milchstraße beträgt die DM-Dichte also 0,25 rho_0 ~ 8,8 x 10^-22 kg/m³ ~ 0,5 m_p/cm³.

Für andere Abstände variiert die Dichte wie in der Tabelle angegeben.