Gedanken zur Dunklen Materie | Seite 4 | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Gedanken zur Dunklen Materie

lawrence

Mitglied
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 Gravitationslinseneffekt verantwortlich ist.
Hallo kirk11,

Der Begriff Gravitationslinse ist zwar allgemein üblich und jeder weiß, was damit gemeint ist, ist aber genau genommen nicht korrekt.
Es ist eine Elektromagnetische Linse, da Licht eine elektromagnetische Welle ist. Das Licht kommt nicht als Solches zu uns, sondern, an der Sonne werden die elektromagnetischen Feldlinien angestoßen und in Schwingungen versetzt und treffen bei mir auf und erst beim Auftreffen wird Licht sichtbar, oder Wärme erzeugt oder Bräunung durch UV uuu. .

Soweit mir bekannt, sind es vorwiegend Galaxien, die als Gravitationslinse fungieren.
Ein einzelnes SL kann natürlich auch, hat aber weniger Masse und demzufolge ist der Effekt viel schwächer.
Fast jede Galaxie hat im Zentrum ein SL. Dieses SL schleudert, wie bereits beschrieben, Gesamtmassen aus, die eine hohe Geschwindigkeit haben und somit unsichtbar sind, also Dark Matter.

Es ist an sich die gesamte Galaxie, alle Masse, die den Gravitationslinseneffekt erzeugt. Das SL, DM und baryonische Materie.

Die DM kommt nach meinen heutigen Erkenntnissen, was eben die hohe Geschwindigkeit betrifft, um ein SL vor, durch Ausschleudern, im inneren Bereich einer Galaxie.
Wer noch, außer einem SL, könnte den Massen die hohe Geschwindigkeit verleihen? Ich wüsste da vorerst nichts.
Diese hohe Geschwindigkeit ist mittels Rotation möglich.
((Dazu schreibe ich später noch, wie ein Schwarzes Loch Radialgeschwindigkeiten von 1/2 c oder sogar 0,9 c erreicht. Da ist ein SL gesichtet worden.))
Geradlinig ist mir nichts bekannt, wie das erreicht werden soll?
Und die Dunkle Materie braucht die hohe Geschwindigkeit, um unsichtbar zu werden, zur DM eben.


Für mich spielt es keine Rolle, ob Schwarzes Loch, Dunkle Materie oder baryonische Materie.
Alles ist ganz gewöhnliche Materie, wobei das Schwarzes Loch und die Dunkle Materie nur unsichtbar sind. Die sind lediglich nicht sichtbar.
 
Zuletzt bearbeitet:

lawrence

Mitglied
Das geht von Zwerggalerien mit praktisch keiner Dunklen Materie

bis zu solchen wo die bekannte Materie nur ein Promille ausmachen soll, die Dunkle Materie also im Faktor 1000 : 1 überwiegt. Diese gewaltigen Unterschiede plausibel erklären zu können, wird auch eine der Aufgaben zu sein, um das Konzept der Dunklen Materie auch mittel- bis langfristig mehrheitsfähig halten zu können.
Hallo kirk11,

Zwerggalerien mit praktisch keiner Dunklen Materie kann ich mir so gut wie nicht vorstellen. Aber durchaus möglich. Evtl. sterbende Galaxien? Oder insgesamt wenig Materie?


Zu den 1000:1.
Das dürfte nach meinen Erkenntnissen eine "Junge Galaxie" sein. Nur wenige Mrd. Jahre alt. (Zum Zeitpunkt der Sichtung.)
D.h., das Schwarze Loch hat Gesamtmassen ausgeschleudert, die nicht sichtbar sind, also Dunkle Materie. Die DM hat eine so hohe Geschwindigkeit, dass die Gesamtmassen nicht sichtbar sind.
Nur ein kleiner Teil der Gesamtmassen, verm. außen liegend, ist mit der Geschwindigkeit jetzt (Zum damaligen Zeitpunkt, verm. Mrd. Jahre von uns weg.) so weit unten, dass diese Gesamtmassen oder auch Sonnensysteme dann gerade sichtbar geworden sind.
 

lawrence

Mitglied
Hallo kirk11,

Das mit der Gravitationslinse ist nicht auf dich bezogen, sondern nur eine allgemeine Anmerkung, dass der Begriff falsch gewählt wurde.
 

kirk11

Mitglied
@ lawrence

Der Gravitationslinseneffekt (bzw. wie Du ihn nennen willst) läßt sich bei weitem nicht nur für Galaxien in Verwendung bringen.

Ein Ausschnitt aus dem zuletzt von mir verlinkten Artikel:

Vor allem das »Optical Lensing Gravitational Experiment« (OGLE) der Warschauer Universitätssternwarte widmet sich solchen Untersuchungen. Dort wurden gerade mehrere Dutzend Mikrolinsen-Effekte gefunden; bei 20 von ihnen konnten durch die GAIA-Mission die Entfernungen bestimmt werden. Es wird vermutet, dass es sich bei diesen Objekten um primordiale schwarze Löcher im Massenbereich von einer bis zehn Sonnenmassen handelt, weil normale Sterne in dieser Distanz optisch beobachtbar sein müssten. Sollte sich diese Deutung bewahrheiten, verfügen wir jetzt über ein gigantisches Massenspektrum ganz unterschiedlicher Schwarzer Löcher.

Sollte es echte Massenzusammenballungen von Dunkler Materie geben, dann wären sie über diese Methode höchstwahrscheinlich auch auffindbar. Ich bin nicht wirklich im Bilde, inwieweit das derzeit schon postuliert wird oder ob Gravitationslinseneffekte (oder Mikrolinsen-Effekte) welche direkt und ausschließlich DM zugerechnet wird, noch nicht bekannt sind.
 

lawrence

Mitglied
Hallo kirk11,

Ja, richtig. Bei allen Körpern. Die Masse machts.
Bei totaler Sonnenfinsternis ist es auch um die Sonne herum beobachtet worden.

Eine sog. Massenzusammenballung von Dunkler Materie gibt es m.E. nur in den Zentren der Galaxien. Dunkle Materie ist deshalb dunkel, weil die Geschwindigkeit groß ist.
Diese hohe Geschwindigkeit wird den Himmelskörpern von den Schwarzen Löchern beim Ausschleudern mit auf den Weg gegeben. Anfangs ca. 1/2 c und das ist schnell.
In dem von dir verlinkten Artikel steht eine Zeit von 17 Minuten, das sind m.E. die neu ausgeschleuderten Massen, die in diesem Takt Sgr A* umfliegen.

In der Milchstraße sind das alle Massen, die in Ebene liegen, bis zu einer Entfernung von vllt. 10.000 LJ Plus Minus ?
Das könnten so um die 100 bis 200 Mrd. Gesamtmassen sein?
(Hierzu zählen nicht die, die sichtbar um Sgr A* kreisen und nicht die im Bulge.)
 

kirk11

Mitglied

Ein Artikel (u.a.) zum Thema Abweichungen vom Standardmodell in Bezug auf die Dichte der Materie in unserem Universum sowie ihre Tendenz, Materieklumpen zu bilden.

Ein ganz aktueller Artikel und ein sehr interessantes Thema - allerdings leider ohne nähere Angaben und Zahlen, echt schade... :(
 

kirk11

Mitglied

Hier eine PDF-Datei eines Ausbildungsseminar, wo auch auf das Thema wo sich die Dunkle Materie in (vermutlich) höherer Dichte befindet eingeganen wird - für mich leider zu sehr in 'Fach-Chinesisch'.

Dieser Text ist von 2007, das Fazit dürfte es aber nach wie vor recht gut auf den Punkt bringen:

Wie bisher gezeigt wurde, gibt es mehrere, durchaus überzeugende experimentelle Hinweise auf die Existenz dunkler Materie im Universum.
Dennoch wurde bisher weder deren Natur geklärt, noch konnte man alle Theorien, die
die beobachteten Phänomene durch veränderte Gravitationsgestze oder Ähnliches zu
erklären versuchen, widerlegen, und somit bleibt die Fachwelt weiterhin gespalten
(wenn auch die Fraktion derer, die dunkle Materie ablehnen, wohl sehr viel kleiner als
die Befürworter-Fraktion ist).
 

kirk11

Mitglied
@ Peter

Die mittlere Massendichte von DM im Universum beträgt ungefähr ein Proton pro Kubikmeter.

Zum Thema Massendichte im Universum habe ich im Zuge meiner Online-Recherchen auch die Angabe von 1 Proton pro Kubikmeter gefunden - allerdings als Mindestdichte für 1 Kubikmeter im Vakuum (landläufig ausgedrückt).
Wobei diese Protonenmasse (nach derzeitigem Verständnis) wohl der DM zuzurechnen wäre und dies gleichzeitig die Mindestdichte für Dunkle Materie sein könnte.

In Hinsicht auf die durchschnittliche Dichte der DM im Universum habe ich im 1001 Artikel zum Thema 'Ein neuer Kandidat für Dunkle Materie' ;) folgende Angabe gefunden:

... Aus Simulationen weiß man, wie viel Dunkle Materie in unserem Weltall vorhanden sein muss. Daraus lässt sich eine Dichte der Dunkle-Materie-Teilchen vorhersagen. Zum Vergleich: Bestünde Dunkle Materie beispielsweise aus Protonen, bräuchte man etwa ein Proton pro Kubikzentimeter, um die erforderliche Masse an Dunkler Materie zu liefern. Da das Gravitino allerdings viel schwerer als ein Proton ist, gäbe es nur etwa ein Teilchen pro zehntausend Kubikkilometer. Somit kämen Gravitinos sehr viel seltener vor als die leichteren Kandidaten und das macht es schwieriger, sie zu beobachten...


Diese neue Angabe für die DM im Universum ist immerhin 10000 x höher als Deine Zahl - aber welche jetzt wirklich stimmt, kann ich nicht gegenchecken.
 

kirk11

Mitglied

und daraus möchte ich zitieren

... Wenn die einzige Kraft, durch die die Dunkle Materie interagiert, die nur anziehend wirkende Schwerkraft ist, dann müsste die Dichte der dunklen Materie im Zentrum von Galaxien sehr hoch werden...

als Beispiel was ich in zahlreichen Publikationen in letzter Zeit gelesen habe, nämlich dass die Dichte der Dunklen Materie im zentral(er)en Bereich von Galaxien am höchsten sein soll.

So weit so gut.

Aber wie verträgt sich das damit dass in den normalen Spiralgalaxien (mit einem supermassereichen SL im Zentrum) für den inneren Bereichen (bis zu einer gewissen Grenze) gar keine DM benötigt wird um die Rotation der betreffenden Sterne korrekt zu berechnen ?

Die gravitative Wirkung dieser DM wird ja kaum einfach den inneren Bereich einfach überspringen können um dann im äußeren Bereich mitzuhelfen die gewünschten Effekte zu erzielen ?
 

Moderator Hans

Mitarbeiter
Moderator
Ganz einfach. Die DM ist ja nicht nur im Zentrum konzentriert, sondern ihre Dichte ist dort am höchsten. Auch außerhalb der Bahn eines Sterns befindet sich DM. Das führt dazu, dass die Sterne nur einen Teil der Anziehung der DM spüren, weil 1. nur der Anteil der DM innerhalb der Bahn die Sterne in Richtung Zentrum zieht und 2. der Anteil der DM außerhalb der Bahn der Anziehung nach Innen entgegenwirkt. In Summe spüren die Sterne immer weniger von der DM, je näher sie dem Zentrum sind.
 

kirk11

Mitglied
Die mir bisher einigermaßen konkreten bekannten Angaben zur Dichte der DM sind eine Mindestdichte von 1 Proton pro Kubikmeter, eine Durchschnittsdichte von 1 Proton pro Kubikzentimeter sowie 0,4 Kg - 1 Kg pro Erdvolumen im Umfeld des Sonnensystems.

Das sind natürlich alles sehr geringe Dichten und auch diese Angaben dürfte nicht gerade in Stein gemeißelt sein.

Nun wird im zitierten Artikel postuliert:

... Wenn die einzige Kraft, durch die die Dunkle Materie interagiert, die nur anziehend wirkende Schwerkraft ist, dann müsste die Dichte der dunklen Materie im Zentrum von Galaxien sehr hoch werden...

Leider ohne nähere Details oder eine plausible Erklärung als Beigabe - warum das so sein soll erschließt sich mir auf die Schnelle nicht...

Rein rechnerisch ergibt sich ein Maximum an DM welche sich im Zentralbereich einer Galaxie befinden kann, ohne dass Newtons Gravitationsgesetz (dort wo keine DM benötigt wird) nicht mehr funktioniert.
Z.B. bei 50 % könnte man zwar argumentieren, dass diese durch die 50 % außerhalb (aus Sicht eines betroffenen Sterns) neutralisiert werden, aber da die Gravitation auch vom Abstand der Gravitationsquelle abhängig ist, wird sich das von diesem Parameter her wohl nicht mehr auf 0 ausgehen - die äußere DM würde dann zumindest zum Teil deutlich weiter entfernt sein als die inneren 50 %.

Genauso gebe es wohl rechnerisch ein Problem wenn keine oder fast keine DM im Inneren Bereich der Galaxie vorhanden wäre.
Die Masse der DM (immerhin ca. 80 - 85 % der Gesamtmassse einer Spiralgalaxie) würde dann wohl speziell die äußeren Sterne im Bereich der Galaxie wo Newton noch funktioniert gravitativ nach außen ablenken...
 

kirk11

Mitglied
Es ist halt der Reiz bzw. der Vorteil einer Alternativ-Theorie wie MOND (in Bezug auf die Sternen-Rotation in Galaxien) dass es bei dieser nur 2 Faktoren zu berücksichtigen gibt:
die Masse der klassischen Materie sowie die Gravitationsstärke: fällt diese unter den Grenzwert, dann soll es eben zur Abweichung vom normalen Newton Gravitationsgesetz für den betroffenen (äußeren) Galaxie-Bereich kommen.
Ganz einfach - stimmt / stimmt nicht, schwarz / weiß...

Bei der Erklärung durch DM ist das ganz erheblich komplexer, da genaugenommen für jeden Stern etwas andere Gravitationskräfte wirken, abhängig von der genauen Lage der klassischen sowie der dunklen Materie.
Daraus müssen sich (ich nehme wieder eine Spiralgalaxie als Beispiel) im inneren Bereich dann Umlaufbahnen ergeben wie ohne DM, im äußeren ergeben sich die bekannten Gravitations-Abweichnungen.
Die Lage und die Dichte der DM muß genau passen, damit sich diese Umlaufbahnen jeweils ergeben - und dass für unzählige Galaxien.

Bei der Astrophysik spielt sicher auch die Wahrscheinlichkeits(be)rechnung eine Rolle - wie wahrscheinlich ist das, wenn es nicht eine (noch nicht bekannte) Gesetzmäßigkeit gibt, welche das erklärt. Wenn die DM mehr nach dem Zufälligkeitsprinzip und nicht nach einer Gesetzmäßigkeit positioniert ist, dann halte einen Lotto-Sechser für erheblich wahrscheinlicher als dass es nie zu einer Abweichung kommt.

Die MOND-Theorie würde ja ganz einfach zu widerlegen sein:
Wenn es zu Abweichungen der Sternen-Rotation (welche nicht durch die klassische Materie oder sonstige bekannte Faktoren erklärt werden können) kommen würde - im Bereich wo der Grenzwert noch nicht unterschritten ist, dann wäre das 'nicht kompatibel' und gleichzeitig auch ein starkes Indiz für das Vorhandensein der DM.
 

kirk11

Mitglied
Kann mir eventuell jemand in diesem Punkt weiterhelfen:

Was ist die bisher höchste (einigermaßen konkrete) Angabe in Bezug auf die Dichte der Dunklen Materie ? Und wo soll sich diese befinden ?

Die mir bisher bekannten Angaben wie 'dichter' oder 'sehr dicht' (in Bezug auf DM in Galaxiezentren) kann man ja wohl kaum als konkret bezeichnen...

Oder ist die Dicht der DM bis dato auch eine der Eigenschaften, zu welcher praktisch nichts wirklich bekannt ist ?
 

lawrence

Mitglied
Hallo kirk11,

Zur DM hatte ich bereits geschrieben. Dort bitte nachlesen.
Ich kann nur soviel sagen, für mich sind das die Massen, die Sgr A* in den letzten ... Mrd. Jahren ausgeschleudert hat, ca. 100 ... 200 Mrd. Gesamtmassen im inneren Teil der Galaxie. Ganz normale Masse, die schnell kreist und unsichtbar ist.
Das wird zwar nicht akzeptiert, ist aber das, wie ich es sehe.

lawrence
 

kirk11

Mitglied
Aus einem PDF-Artikel zur DM:

... dass in Erdnähe mit einer Dichte an Dunkler Materie von (8 ± 3) MJupiter / pc³ = (0,3 ±
0,1)(GeV /c²/cm³ auszugehen ist...
(das Jupiter bei MJupiter ist original klein und nach unten versetzt, das kann ich mit meiner Tastatur so leider nicht schreiben).

Kann mir eventuell jemand diese Dichteangabe in etwas für 'Normalsterbliche' Verständliches 'übersetzen' ? ;)
 

kirk11

Mitglied


Zum zweiten Artikel: das dürfte der bisherige Rekordhalter in Bezug auf die Dichte der Kandidaten für DM sein...aber wie üblich alles noch im (sehr) spekulativem Bereich.
 

kirk11

Mitglied
Man muß aus bekannten Gründen damit leben, dass man über die DM in vielerlei Hinsicht noch nichts konkretes weiß.

Aber dass dies auch dies für die Dichte gilt (zumindest nach meinen derzeitigen Wissensstand), fand / finde ich schon einigermaßen überraschend.

Es gibt zwar eher vage Postulate (z. B. höhere Dichten im Zentrum der Galaxien) aber auch hier eigentlich ohne nachvollziehbare Begründung warum oder nähere Angaben (wo genau, wie dicht in etwa...)

Die mir bekannten konkreten Dichte-Angaben zur DM (wie etwa 0,4 - 1 Kg pro Erdvolumen) im Umfeld unseres Sonnensystems sind ja weit davon entfernt, an die Dichten selbst loser Strukturen wie Gaswolken heranzureichen.

Eine mögliche Conclusio daraus könnte sein, dass Dunkle Materie z. B. mit Galaxien als Bezugsgröße weitgehend homogen verteilt ist. Es wäre interessant ob mit dieser Verteilung z. B. in Spiralgalaxien die benötigte Gravitationswirkung erzielt werden würde.
Wenn nicht, dann muß es doch höhere Dichteschwankungen geben.

Die niedrige Dichte ist sicher eine große Erschwernis Dunkle Materie konkret zu detektieren. Wenn ich Astrophysiker wäre mit der Hauptaufgabe, DM auf die Spur zu kommen, dann würde ich als Priorität Nr. 1 große Anstrengungen darin legen, konkrete Bereiche mit höherer Dichte an DM zu finden. Je höher die Dichte in einem 'Zielbereich' wäre, desto besser auch die Chance irgendeine 'Signatur' der DM (in Form von Strahlung, Energie, Zerfallsprodukten, Gravitation welche nicht durch klassische Materie hervorgerufen wird,...) zu finden. Die Untersuchungsmethoden bzw. -möglichkeiten werden ja im Laufe der Zeit immer ausgefeilter, auch wenn die Detektion der DM so oder so ein sehr harte Nuss werden dürfte.

Von Laborexperimenten u.ä. würde ich bis auf weiteres nicht viel erwarten, weil einfach noch zu wenig konkretes über die DM bekannt ist.
 

M_Hamilton

Mitglied
Hallo,

... dass in Erdnähe mit einer Dichte an Dunkler Materie von (8 ± 3) MJupiter / pc³ = (0,3 ±
0,1)(GeV /c²/cm³ auszugehen ist...
(das Jupiter bei MJupiter ist original klein und nach unten versetzt, das kann ich mit meiner Tastatur so leider nicht schreiben).
GeV/c^2 ist eine Einheit für Masse und entspricht ca. 1.783*10^-27 kg.


D.h.

0.3 (GeV/c^2)/cm^3 ≈5.35*10^-28 kg/cm^3.

Ein Proton hat eine Masse von ca. 0.938 GeV/c^2. Die zitierte Dichte von (0.3 ±0.1) (GeV/c^2)/cm^3 entspricht also ca. 1/3 Protonenmasse pro Kubikzentimeter (auch wenn die Dunkle Materie natürlich nicht aus Protonen besteht).

In dem anderen Wert ist pc ein Parsec, d.h. 3.26 Lichtjahre (Lj) oder 3.09*10^16 Meter bzw. 3.09*10^18 cm. Jupiter hat laut Wikipedia eine Masse von 1.899*10^27 kg.

D.h.

8 Jupitermassen/pc^3 ≈0.23 Jupitermassen/Lj^3 ≈5.15*10^-28 kg/cm^3,

entspricht also ungefähr dem oberen Wert (in der Angabe und den Werten sind einige Rundungen).

Eine Referenz für aktuelle Daten zur Dunklen Materie ist


In Abschnitt 26.4 wird die Dichte- und Geschwindigkeitsverteilung der Dunklen Materie diskutiert, u.a. das Standard Halo Model, mit weiteren Referenzen auf die Originalliteratur. Modelle für das Dichteprofil der Dunklen Materie findet man z.B. auch hier

CDM Models, halo structure and rotation of spirals

Viele Grüße
Mark
 
Zuletzt bearbeitet:

M_Hamilton

Mitglied
Der Wert der lokalen Dichte der Dunklen Materie von 8 Jupitermassen/pc^3 (lokal = Umgebung von einigen 100 pc um die Sonne) entspricht ca.

0.0075 Sonnenmassen/pc^3.

Der Wert der lokalen Dichte der gewöhnlichen (baryonischen) Materie wird hier


mit

0.0914 Sonnenmassen/pc^3

angegeben, d.h. ca. das 12-fache der lokalen Dichte der Dunklen Materie.

Allerdings ist die gewöhnliche Materie in der Milchstraßen-Scheibe lokalisiert, die eine Dicke von ca. 500 pc hat (s. die Referenz oben S. 15), bei einem Durchmesser von >50000 pc. Die Dunkle Materie ist dagegen sphärisch oder ellipsoidisch um die gesamte Milchstraße lokalisiert, außerdem nimmt die Dichte der Dunklen Materie zum Zentrum hin zu. Der gesamte Halo hat dadurch mehr Masse an Dunkler Materie als die Milchstraße an gewöhnlicher Materie.

Viele Grüße
Mark
 

kirk11

Mitglied
@ Mark

Danke für die Umrechnung + für die zusätzlichen Informationen & Links.

Der angegebene Wert bewegt sich also in etwa im Bereich der mir schon bekannten Werte.

Wenn man jetzt die postulierte höhere Dichte der DM im Zentrum der Galaxie vernachlässigt (was ich gerne mache solange mir nicht eine plausible, nachvollziehbare Begründung dafür bekannt ist ;)), ist die Dichte der DM (im relativ engen Bereich wo sich auch die gewöhnliche Materie befindet) nur ein 1 / 12 derselbigen, als grobe Schätzung.
Im Halo müsste sich dann rechnerisch ca. die 50-fache Menge an DM verbergen.

Während sich die gewöhnliche Materie fast zweidimensional (Scheibe) gruppiert, so soll die DM also wesentlich 'tiefer' strukturiert sein -> 500 pc zu 50000 pc.
Interessant wie man da die Grenze zwischen galaktischer und außergalaktischer DM zieht, da ja die Dichte der DM möglicherweise (auch außerhalb des Bereiches welcher der Galaxie zugerechnet wird) ziemlich gleich bleiben könnte.
Auch interessant dass diese Konstellation nicht zu einer Ablenkung der gewöhnlichen Materie 'in die Tiefe' führt, da sich ja dort der Schwerpunkt der Materie der Galaxie befinden soll.
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
Ich habe gerade gesehen, dass sich die ~ 50000 pc auf den Durchmesser der Milchstraße und nicht auf die 'Tiefe' beziehen welche die Milchstraße durch das Halo der DM bekommt. Da müßte ich mal recherchieren wie groß die 'Tiefe' der Milchstraße angesetzt wird. An den oberhalb von mir angesprochenen Punkten ändert sich dadurch aber nichts Grundsätzliches.
 

M_Hamilton

Mitglied
Hallo,

Interessant wie man da die Grenze zwischen galaktischer und außergalaktischer DM zieht, da ja die Dichte der DM möglicherweise (auch außerhalb des Bereiches welcher der Galaxie zugerechnet wird) ziemlich gleich bleiben könnte.
Hast du dafür eine Referenz? Die übliche Vorstellung ist, dass es große Voids (Leerräume) zwischen den Dark Matter Halos gibt, in denen die Dichte der Dunklen Materie deutlich geringer ist.


Zitat: "Cosmic voids really are devoid of matter. Astronomers have found that even the pervasive ‘dark matter’ which accounts for about 80% of the mass of the universe is not present in these voids, which are areas of vast emptiness in space that can be tens of millions of light-years across."


Die bisher bekannte Vorstellung ist, dass die Dichte der Dunklen Energie im Universum konstant ist, für die Dunkle Materie gilt das nicht.

Wenn man jetzt die postulierte höhere Dichte der DM im Zentrum der Galaxie vernachlässigt (was ich gerne mache solange mir nicht eine plausible, nachvollziehbare Begründung dafür bekannt ist ;)),
Das wird in der Physik sicher nicht ohne gute Begründung behauptet. Referenzen für Dichteprofile der Dunklen Materie Halos und wie sich diese gebildet haben (spherical collapse) sind z.B.





Viele Grüße
Mark
 

kirk11

Mitglied
Die übliche Vorstellung ist, dass es große Voids (Leerräume) zwischen den Dark Matter Halos gibt, in denen die Dichte der Dunklen Materie deutlich geringer ist.

Dass die Dichte der DM in den Bereichen der Galaxien knapp außerhalb (bis wohin ?) in etwa gleich bleiben könnte wie im Grenzbereich schließt ja nicht aus dass es (noch weiter außerhalb) Voids gibt. Die Frage ist wie man die Grenze einer Galaxie definiert da ja die 'Tiefe' derselbigen sowieso (praktisch) nur aus DM besteht.

Dichteprofile der Dunklen Materie Halos und wie sich diese gebildet haben (spherical collapse) sind z.B...

Halos (der DM) sind aber nach meinem Wissensstand nicht gerade im Zentrum einer Galaxie angesiedelt und für den zentralen Bereich würde mich die Theorie / Begründung für die postulierte höhere Dichte der DM interessieren.
 

kirk11

Mitglied
Mal ein Gedankenexperiment bzw. eine theoretische Berechnung, unter gewissen Grundannahmen:

Grundannahme Nr. 1.: Die DM ist in unserer Galaxie relativ homogen verteilt.
Grundannahme Nr. 2.: Die Dichte von 1 / 3 Proton / cm³ bzw. eines 1 / 12 der gewöhnlichen Materie im Bereich der Milchstraßenscheibe entspricht der durchschnittlichen Dichte der DM in der Milchstraße

Dann kämen wir für die 'Tiefe' der Milchstraße auf einen Wert von 500 pc x 50* bzw. 25000 pc.
*x 12 entspricht der Masse der gewöhnlichen Materie, die DM ist aber insgesamt noch 4 - 5 x so schwer, also insgesamt ungefähr x 50.

In der Milchstraßenscheibe wäre nur ein Bruchteil der Masse der DM, in den Außenbereichen (Halos,...) der gewaltige Rest von ca. 800 Milliarden - 1 Billion Sonnenmassen.

Dass diese gewaltige Masse (wenn auch in nur sehr geringer Dichte) keinerlei Rotationsablenkung weg von der Milchstraßenscheibe bewirkt finde ich schon einigermaßen verblüffend (im Rahmen dieses Gedankenexperiments ;) ).
 

M_Hamilton

Mitglied
Halos (der DM) sind aber nach meinem Wissensstand nicht gerade im Zentrum einer Galaxie angesiedelt
So sieht ein Dark Matter Halo aus:


Die Milchstraße ist in den Dark Matter Halo als Scheibe eingebettet. Die Dunkle Materie befindet sich nicht nur auf der Sphäre (Rand der Kugel), sondern in dem gesamten Halo. Eventuell ist der Dark Matter Halo nicht kugelförmig, sondern ein Ellipsoid mit drei verschieden großen Achsen.


und für den zentralen Bereich würde mich die Theorie / Begründung für die postulierte höhere Dichte der DM interessieren.
Das folgt aus der Rotationskurve und dem Gravitationsgesetz, z.B. die Herleitung hier:


Angenommen, es gibt einen sphärisch symmetrischen Dark Matter Halo mit einer Dichte rho(r), die nur vom Radius r abhängt. Nach Newton gilt für die Geschwindigkeit v(r) eines Testteilchens auf einem Kreisorbit im Abstand r:

v(r)²/r = GM(r)/r²,

d.h.

M(r) = v(r)²r/G.

wobei M(r) die gesamte eingeschlossene Masse des Halos bis zum Abstand r ist. Falls, wie beobachtet, die Geschwindigkeit v(r) = v ungefähr konstant, d.h. unabhängig von r ist, folgt durch Ableiten

dM(r)/dr = v²/G = const.

Die Masse dM(r) in einer dünnen Kugelschale von Radius r und Dicke dr ist daher unabhängig vom Radius r. Mit der Dichte rho(r) gilt

dM(r) = 4pi*r²*rho(r)*dr, da Kugelfläche = 4pi*r²,

d.h.

dM(r)/dr = 4pi*r²*rho(r).

Es folgt für die Dichtefunktion

rho(r) = v²/(4pi*G*r²).

D.h. die Dichte ist von der Form

rho(r) = c/r² mit einer Konstante c

und nimmt radial zum Zentrum hin mit 1/r² zu.

Dieses Modell und Verfeinerungen, die durch die beobachteten Rotationskurven von Galaxien begründet sind, werden durch numerische Simulationen der Bildung des Dark Matter Halos durch sphärischen Kollaps bestätigt.


Viele Grüße
Mark
 

M_Hamilton

Mitglied
Grundannahme Nr. 1.: Die DM ist in unserer Galaxie relativ homogen verteilt.
Das stimmt nicht, s.o. Es geht auch nicht nur um die Dunkle Materie in der Galaxie, sondern im gesamten Halo.

Dass diese gewaltige Masse (wenn auch in nur sehr geringer Dichte) keinerlei Rotationsablenkung weg von der Milchstraßenscheibe bewirkt finde ich schon einigermaßen verblüffend (im Rahmen dieses Gedankenexperiments ;) ).
Wenn die Dichteverteilung im Dark Matter Halo oberhalb und unterhalb der Milchstraße symmetrisch ist, heben sich die transversalen Komponenten der Kräfte auf und es gibt keine Bewegung aus der Milchstraßen-Scheibe heraus.

Viele Grüße
Mark
 

Mischa

Mitglied
Die illustris-TNG Simulation hat tolle Videos erzeugt, in denen man sich ansehen kann, wie sich Dunkle Materie, Gasdichte- und -temperatur sowie Sterne etc zu Galaxien und Haufen entwickeln.


mischa
 

kirk11

Mitglied
...D.h. die Dichte ist von der Form
rho(r) = c/r² mit einer Konstante c
und nimmt radial zum Zentrum hin mit 1/r² zu...


danke für die vielen Infos + Links - ich muß bei entsprechend verfügbarer Zeit die ganzen Details noch genauer studieren.

Ergibt sich aus obigen eine zu erwartende, einigermaßen konkrete Maximaldichte bzw. wie hoch ist diese, in einer - für nicht so Formel-feste - gerne in Protonen oder kg pro Raumvolumens-Einheit ?

Das stimmt nicht, s.o. Es geht auch nicht nur um die Dunkle Materie in der Galaxie, sondern im gesamten Halo.

Das war keine Behauptung meinerseits sondern eine gewählte Grundannahme um mein Gedankenexperiment rechnerisch einfach halten zu können.

Das Halo wird ja wohl als Teil der Galaxie betrachtet werden müssen, sonst wäre nicht 80 - 85 % (bei Spiralgaxlaxien) der Masse von der DM gestellt.

Wenn die Dichteverteilung im Dark Matter Halo oberhalb und unterhalb der Milchstraße symmetrisch ist, heben sich die transversalen Komponenten der Kräfte auf und es gibt keine Bewegung aus der Milchstraßen-Scheibe heraus.

Das stimmt natürlich. Die Antwort lag ja schon in der (symmetrischen) Anordnung meines Gedankenexperiments.
Daraus lassen sich wohl 2 Schlussfolgerungen ziehen:
1. So ganz weit weg von der Realität dürfte ich in diesem Punkt nicht gelegen sein (symmetrische Dichteschwankungen würden auch wieder zu 0 Ablenkung führen), da ja diese gravitative Ablenkung tatsächlich nicht festgestellt wird, soweit ich im Bilde bin.
2. Wenn oberhalb oder unterhalb (betrachtet von der Ebene der Milchstraßen-Scheibe) erheblich mehr Masse an DM vorhanden wäre, dann müßte allerdings ein Ablenkungseffekt in die entsprechende Richtung zu erwarten sein.
 

M_Hamilton

Mitglied
Hallo,

der Umrechnungsfaktor von Sonnenmassen auf Protonenmassen ist

1 Sonnenmasse/pc^3 = 40 Protonenmassen/cm^3.

In dieser Referenz,


s. auch



werden in einem zentralen Volumen von 29.6 kpc^3 des Bulge der Milchstrasse eine Gesamtmasse (gewöhnliche + Dunkle Materie) von 1.84*10^10 Sonnenmassen angegeben. Das entspricht einer mittleren Dichte von

0.62 Sonnenmassen/pc^3,

d.h.

25 Protonenmassen/cm^3.

Davon sind, je nach Modell, 9 - 30% Dunkle Materie, d.h.

2.3 - 7.5 Protonenmassen/cm^3.

Das Halo wird ja wohl als Teil der Galaxie betrachtet werden müssen, sonst wäre nicht 80 - 85 % (bei Spiralgaxlaxien) der Masse von der DM gestellt.
Wie meinst du das genau? Der Halo umgibt die Galaxie wie eine große Kugel (oder Ellipsoid), s. das verlinkte Bild weiter oben. Der von dir genannte Anteil von 80-85% bezieht sich auf die Dunkle Materie mit dem Halo, nicht nur in der Milchstrassen-Scheibe (in der Scheibe ist der Anteil an Dunkler Materie nur ca. 10-30% nach den Angaben oben, auch in der Umgebung des Sonnensystems).

Viele Grüße
Mark
 
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(Alle Angaben für 10 Grad ö.L. Länge / 50 Grad n.B.)

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