Lyman-α-Wald und Dunkle Photonen | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Lyman-α-Wald und Dunkle Photonen

P_E_T_E_R

Aktives Mitglied
Die prominente Lyman-alpha Emissionslinie von Quasaren bei 121,6 nm kommt bei uns, je nach deren kosmologischer Entfernung, mehr oder weniger stark rotverschoben an. Auf dem langen Weg passiert dieses Licht auch noch eine große Zahl von interstellaren Gaswolken in unterschiedlichen Entfernungen, welche dem Lichtspektrum dann neben der primären Emissionsline verschieden stark rotverschobene Absorptionslinien aufprägen. Man beobachtet einen regelrechten Lyman-α-Wald oder Lyman-α Forest von Absorptionslinien.

Die Breite der Absorptionslinen hängt aufgrund der Dopplerverbreiterung von der Temperatur der Gaswolke ab und vermittelt so Information über den thermischen Zustand dieser interstellaren Wolken.

Solche "Forest Data" hat man simuliert und auch weitgehend gute Übereinstimmung mit den gemessenen Spektren gefunden. Für relativ nahe Gaswolken findet man jedoch eine stärkere thermische Aufheizung als in der Simulation, und die Frage ist, was dies verursachen könnte.

Zur Zeit noch sehr spekulativ, aber vielleicht ist dies ein Hinweis auf Dunkle Photonen / Dark Photons ? Damit hat man auch schon die Diskrepanz im anomalen magnetischen Moment vom Myon zu erklären versucht.

Comparison of Low-Redshift Lyman-α Forest Observations to Hydrodynamical Simulations with Dark Photon Dark Matter

Dark Matter as an Intergalactic Heat Source
 

kirk11

Aktives Mitglied
Die prominente Lyman-alpha Emissionslinie von Quasaren bei 121,6 nm kommt bei uns, je nach deren kosmologischer Entfernung, mehr oder weniger stark rotverschoben an. Auf dem langen Weg passiert dieses Licht auch noch eine große Zahl von interstellaren Gaswolken in unterschiedlichen Entfernungen, welche dem Lichtspektrum dann neben der primären Emissionsline verschieden stark rotverschobene Absorptionslinien aufprägen. Man beobachtet einen regelrechten Lyman-α-Wald oder Lyman-α Forest von Absorptionslinien.

Die Breite der Absorptionslinen hängt aufgrund der Dopplerverbreiterung von der Temperatur der Gaswolke ab und vermittelt so Information über den thermischen Zustand dieser interstellaren Wolken.

Solche "Forest Data" hat man simuliert und auch weitgehend gute Übereinstimmung mit den gemessenen Spektren gefunden. Für relativ nahe Gaswolken findet man jedoch eine stärkere thermische Aufheizung als in der Simulation, und die Frage ist, was dies verursachen könnte.

Zur Zeit noch sehr spekulativ, aber vielleicht ist dies ein Hinweis auf Dunkle Photonen / Dark Photons ? Damit hat man auch schon die Diskrepanz im anomalen magnetischen Moment vom Myon zu erklären versucht.

Comparison of Low-Redshift Lyman-α Forest Observations to Hydrodynamical Simulations with Dark Photon Dark Matter

Dark Matter as an Intergalactic Heat Source
Hallo Peter,

auf jeden Fall eine spannende Thematik, auch wenn - wie Du ja selbst geschrieben hast - derzeit noch sehr spekulativ !

Aus dem verlinkten Wikipedia-Artikel (für das Szenario eines masselosen dunklen Photons):

'Ein masseloses dunkles Photon ist jedoch experimentell schwer vom Photon des Standardmodells zu unterscheiden.'

Man weiß doch ziemlich genau, wie sich ein 'normales' Photon unter den diversesten experimentellen Bedingungen verhält.

Wie 'wahrscheinlich' ist es dann, dass sich ein hypothetisches dunkles Photon unter den selben Bedingungen exakt gleich verhalten würde, und dass man dadurch also keinerlei Unterscheidumg treffen könnte ?

Hätte man sich dann nicht schon längst wundern müssen (wenn eine experimentelle Unterscheidung tatsächlich so schwer möglich wäre), warum es insgesamt so viele Photonen gibt, welche durch 'normale' Photonen allein nicht erklärt werden können ?
 

kirk11

Aktives Mitglied
Hi,

Photon = Lichtquant (als einfachste und kürzeste Definition)

Dunkles Photon = ?

Ich nehme an, darauf gibt es noch nicht wirklich eine Antwort. Wie wohl auf noch so manches andere rund um das hypothetische Dunkle Photon.

Um damit sehe ich die Gefahr, dass - selbst wenn es Dunkle Photonen tatsächlich geben sollte - es die gleiche Problematik wie bei der Dunklen Materie geben könnte.

Nämlich dass nicht viel mehr darüber bekannt ist, als dass es sie geben soll...
 

kirk11

Aktives Mitglied
Sie hätten dann im Gegensatz zu Photonen (Ruhe-)Masse, haben mit Licht 'nichts am Hut' - deswegen erschließt dich mir nicht so ganz, warum man diese hypothetischen Teilchen ausgerechnet (dunkle) Photonen nennt ?
 

PSM

Aktives Mitglied
Sie hätten dann im Gegensatz zu Photonen (Ruhe-)Masse, haben mit Licht 'nichts am Hut' - deswegen erschließt dich mir nicht so ganz, warum man diese hypothetischen Teilchen ausgerechnet (dunkle) Photonen nennt ?
Begriffe sind immer so eine Sache. Dass man es "Dunkles Photon" nennt, liegt an der theoretischen Konstruktion dahinter, die völlig analog zur elektromagnetischen Wechselwirkung ist. Etwas technischer: Photonen aus dem Standardmodell werden durch ein U(1)-Eichfeld A beschrieben. Die Idee ist nun, das Standardmodell um eine weitere Gruppe U(1) zu erweitern mit einem zugehörigen Eichfeld A', was zwar mathematisch dieselben Eigenschaften wie A hat, aber physikalisch unterschiedliche Eigenschaften haben kann (je nach Details der Konstruktion). Durch eine Kopplung an das Higgs-Feld kann man dem A' eine Masse geben.

Beste Grüße
Patrick
 

Optikus

Aktives Mitglied
@PSM : o_O - ok, jetzt sind 94,5% der Forenten abgeschmiert, wenn sie nicht das "Vergnügen" hatten, sich mit höherer Mathematik befassen zu müssen ...

Um den Begriff "Eichfeld" zu beleuchten der Verweis auf Tante Wiki, wobei ich anerkenne, dass das schwere Kost ist:

-> Eichtheorie – Wikipedia

Vielleicht kann man das so in Allgemeinsprache übersetzen: Man spricht von einer Eichtheorie dann, wenn man eine physikalische Materie mathematisch so beschreiben kann, dass man verschiedene Parameter und Eigenschaften darin ändern kann, oder physikalische Zusammenhänge, ohne dass die Theorie in sich zusammenfällt.
Man kann damit praktisch eine mathematische Umgebung mit Eigenschaften beschreiben, die von diesen Veränderungen nicht betroffen werden, die man also quasi als Maßstab in dieser mathematischen Umgebung nutzen kann, man hat also eine "geeichte" Referenz die unabhängig von den anderen Parametern funktioniert.
Hier wird damit quasi eine Analogie vom Photon zu einem "dunklen" Teilchen gezogen, dem man damit die gleichen Grundeigenschaften des "Photons" unterstellt. Das Photon stammt aus der Welt der elektromagnetischen Wechselwirkung.
Da das ein bewährtes Modell ist, das man gut beschreiben kann, betrachtet man das "Dunkle Photon" mit demselben Werkzeugsatz, allerdings mit der Randbedingung dass man A' durch das Higgs-Feld mit Masse ausstattet und erstmal keine Detailfestlegungen zu den anderen Wirkmechanismen trifft aber unterstellt, dass die grundsätzlichen Regeln wie beim EM-Feld gelten.

( :unsure: ok - auch nicht viel anschaulicher)

Das ganze hat nichts mit einem

-> Eichfeld (Astronomie) – Wikipedia

zu tun, da geht es um Referenzfelder betreffend die vergleichende Betrachtung von Sternen (z.B.).

CS
Jörg
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Aktives Mitglied
Begriffe sind immer so eine Sache. Dass man es "Dunkles Photon" nennt, liegt an der theoretischen Konstruktion dahinter, die völlig analog zur elektromagnetischen Wechselwirkung ist. Etwas technischer: Photonen aus dem Standardmodell werden durch ein U(1)-Eichfeld A beschrieben. Die Idee ist nun, das Standardmodell um eine weitere Gruppe U(1) zu erweitern mit einem zugehörigen Eichfeld A', was zwar mathematisch dieselben Eigenschaften wie A hat, aber physikalisch unterschiedliche Eigenschaften haben kann (je nach Details der Konstruktion). Durch eine Kopplung an das Higgs-Feld kann man dem A' eine Masse geben.

Beste Grüße
Patrick
Hallo Patrick,

ist das (u.a.) so zu verstehen, dass nach der Theorie auch durch Dunkle Photonen eine quantisierte elektromagnetische Übertragung stattfinden soll ?

Wenn nicht, was für eine Funktion sollen dann Dunkle Photonen haben ?
 

P_E_T_E_R

Aktives Mitglied
ok, jetzt sind 94,5% der Forenten abgeschmiert, wenn sie nicht das "Vergnügen" hatten, sich mit höherer Mathematik befassen zu müssen ...
Jedenfalls sollte man nicht erwarten, dass man allein mit der Lektüre von Wikipedia zu einem vernünftigen Verständnis kommen kann. Das betrifft nicht nur rein verbale Erklärungsversuche, wie Introduction to gauge theory, sondern erst recht auch die scheinbar mit vielen mathematischen Details gespickte Vollversion Gauge Theory. Dabei ist es auch egal, in welcher Sprachversion das versucht wird.
 

kirk11

Aktives Mitglied
@PSM : o_O - ok, jetzt sind 94,5% der Forenten abgeschmiert, wenn sie nicht das "Vergnügen" hatten, sich mit höherer Mathematik befassen zu müssen ...

Um den Begriff "Eichfeld" zu beleuchten der Verweis auf Tante Wiki, wobei ich anerkenne, dass das schwere Kost ist:

-> Eichtheorie – Wikipedia

Vielleicht kann man das so in Allgemeinsprache übersetzen: Man spricht von einer Eichtheorie dann, wenn man eine physikalische Materie mathematisch so beschreiben kann, dass man verschiedene Parameter und Eigenschaften darin ändern kann, oder physikalische Zusammenhänge, ohne dass die Theorie in sich zusammenfällt.
Man kann damit praktisch eine mathematische Umgebung mit Eigenschaften beschreiben, die von diesen Veränderungen nicht betroffen werden, die man also quasi als Maßstab in dieser mathematischen Umgebung nutzen kann, man hat also eine "geeichte" Referenz die unabhängig von den anderen Parametern funktioniert.
Hier wird damit quasi eine Analogie vom Photon zu einem "dunklen" Teilchen gezogen, dem man damit die gleichen Grundeigenschaften des "Photons" unterstellt. Das Photon stammt aus der Welt der elektromagnetischen Wechselwirkung.
Da das ein bewährtes Modell ist, das man gut beschreiben kann, betrachtet man das "Dunkle Photon" mit demselben Werkzeugsatz, allerdings mit der Randbedingung dass man A' durch das Higgs-Feld mit Masse ausstattet und erstmal keine Detailfestlegungen zu den anderen Wirkmechanismen trifft aber unterstellt, dass die grundsätzlichen Regeln wie beim EM-Feld gelten.

( :unsure: ok - auch nicht viel anschaulicher)

Das ganze hat nichts mit einem

-> Eichfeld (Astronomie) – Wikipedia

zu tun, da geht es um Referenzfelder betreffend die vergleichende Betrachtung von Sternen (z.B.).

CS
Jörg
Hallo Jörg,

danke jedenfalls für Deine Ausführungen / Deinen Erläuterungsversuch.

Wenn man aber 'nur' von der mathematischen Seite her Fortschritte macht, dabei aber bei der dazugehörigen Physik bzw. den physikalischen Eigenschaften nicht weiterkommt, dann sehe ich die Gefahr leider groß, dass es bis auf weiteres 'nur' ein mysteriöses Teilchen mehr gibt im Zoo.

Auch nicht darin, ob ein Dunkles Photon nun (Ruhe-)Masse hat oder nicht, besteht ja bisher Einhelligkeit (siehe auch mein obiges Zitat aus Wikipediia).

Und nicht zuletzt dürfte das Problem bestehen, dass es konkret - wie bei der Dunklen Materie - noch nicht nachgewiesen wurde, obwohl es eigentlich theoretisch eines der häufigsten Teilchen / Quanten im Universum sein müßte.
Wieso ist man dann nicht schon irgendwann zufällig (Mess-technisch) darüber 'gestolpert' ?
 

Optikus

Aktives Mitglied
Moin,

das ist das Problem an dem sich so viele Diskussionen um diese Themen entzünden, man kann es nur mathematisch beschreiben, und da fehlt der allermeisten Leserschaft die "Sprachkenntnis", woher soll sie auch kommen?

Wenn dann noch Journalisten in diversen Medien versuchen, das vermutlich auch ihnen Unverständliche möglichst reißerisch mit immer neuen "Entdeckungen" und "Sensationen" zu füllen möchte auch die Allgemeinheit verstehen, um was es geht.

Siehe in einem anderen Thread das Thema "Gummituch-Modell" für die Raumzeit, klar, auf dem Gummituch gibt's keine retrograde Rotation - es ist ein grobes Modell um zu veranschaulichen, was man schlecht veranschaulichen kann.

Eine bessere Kommunikation um was es bei der ganzen Forschung zu diesen Themen geht und was das für das Weltverständnis bedeutet würde vielleicht viele Alternativtheorien der umfangreichen Wolke an "Querdenkern" etwas ausräumen, die damit mehr Unruhe und Durcheinander schaffen als der Sache gut tut.

CS
Jörg
 

kirk11

Aktives Mitglied
Hallo Jörg,

es heißt aber Astrophysik (und nicht Astromathematik), also ein bisschen was konkret Physikalisches sollte am Ende des Tages schon auch herauskommen, damit so ein Ansatz als ein echter Erfolg / Fortschritt gewertet werden kann.

Etwas mathematisch zu postulieren, heißt ja nicht zwangsläufig, dass es in der (physikalischen) Realität auch existiert.

Deswegen läuft das Ganze (Dunkle Photonen) ja noch (auch nach Angabe des Thread-Erstellers) unter 'sehr spekulativ'.

Gerade Naturwissenschaftler sollten ja diesbezüglich sehr strenge Maßstäbe anlegen.

Ganz allgemein: In der Regel ist etwas (rein mathematisch Postuliertes) erst dann nicht mehr spekulativ, wenn es physikalisch (bzw. messtechnisch / experimentell) bestätigt wird.
 

Optikus

Aktives Mitglied
Hallo Jörg,

danke jedenfalls für Deine Ausführungen / Deinen Erläuterungsversuch.

Wenn man aber 'nur' von der mathematischen Seite her Fortschritte macht, dabei aber bei der dazugehörigen Physik bzw. den physikalischen Eigenschaften nicht weiterkommt, dann sehe ich die Gefahr leider groß, dass es bis auf weiteres 'nur' ein mysteriöses Teilchen mehr gibt im Zoo.

Auch nicht darin, ob ein Dunkles Photon nun (Ruhe-)Masse hat oder nicht, besteht ja bisher Einhelligkeit (siehe auch mein obiges Zitat aus Wikipediia).

Und nicht zuletzt dürfte das Problem bestehen, dass es konkret - wie bei der Dunklen Materie - noch nicht nachgewiesen wurde, obwohl es eigentlich theoretisch eines der häufigsten Teilchen / Quanten im Universum sein müßte.
Wieso ist man dann nicht schon irgendwann zufällig (Mess-technisch) darüber 'gestolpert' ?
Na ja,

eine fundierte Spekulation kann der Anfang der Erkenntnis sein. Sinn von Forschung ist es Fragen zu klären. Und die Antworten zu testen. Richtig - oder falsch?

Bekannt und unstrittig ist, dass im Weltraum eine Massendiskrepanz herrscht zwischen dem, was wir sehen und den Gravitationswirkungen, die wir ebenfalls beobachten können.
Die Frage ist (mein Verständnis), woher kommt das, wie verträgt sich das mit den bisher unterstellten Gesetzmäßigkeiten, oder ist die Beobachtung aufgrund von fehlerhaften Grundannahmen Murks und die Theorie stimmt als Ganzes nicht?

Da bislang keine auch nur ansatzweisen Schwächen in der ART in ihrem "Wirkungsbereich" aufgetreten sind sondern diese Prinzipien in immer neuen, immer feineren Experimenten Mal um Mal bestätigt werden, sind die Spielregeln "gesetzt". Wo Graviationswirkung ist, muss Masse (Masse und Energie sind äquivalent, e=mc² muss man niemandem mehr erklären) sein. Da beißt die Maus keinen Faden ab.
Das heißt aber nicht, dass es nicht "mehr" geben kann - also weitere Gesetzmäßigkeiten, die die beobachteten Probleme erklären und die trotzdem in den als richtig erkannten Rahmen passen.
Das wäre dann in gewissem Sinne "neue" Physik. Die fällt aber nun nicht mal so eben aus dem Regal. Die Anforderungen an die Relevanz der solche Überlegungen tragenden Daten sind extremst hoch. Siehe 5 Sigma...

Wo ist diese Masse - anscheinend überall, selbst in unserem Sonnensystem gibt es gravitative Diskrepanzen, kleine, aber es ist ja auch ein kleiner Raum.

Wir sehen im elektromagnetischen Spektrum diese Masse nicht - ergo ist sie "dunkel", was wertfrei ist und nur ein Begriff für "unsichtbar".

>> Wenn wir davon ausgehen, dass in der Natur eine Art von "Selbstähnlichkeit" herrscht, also die Grundprinzipien von Feldausbreitung und Feldwirkung, Teilchen und deren Struktur, gleich oder ähnlich sind wie bei den (bekannten) fundamentalen Kräften und dem bekannten Teilchenzoo wird sich das bis dato unbekannte "Etwas" als Bestandteil dieses Universums mit größter Wahrscheinlichkeit ebenso verhalten. "Die Natur würfelt nicht".

Und dann ist man schnell dabei, dass auch die Strukturen dessen, was wir suchen, wieder ähnlich dem Bekannten sein werden, es wird wieder Teilchen geben, aus der das "Etwas" besteht, die dem Zoo ähneln, den wir aus unserer bekannten Materiewelt kennen.

Und irgendwo ganz am Bodensatz wird auch die Basis wieder eine neue Gestalt dessen sein, was wir vom Standardmodell der Teilchenphysik kennen. Und das paßt ja auch, siehe Higgs-Teilchen. Man konnte es theoretisch vorhersagen - suchen und in der Praxis finden. Die Systematik funktioniert also. Und genau so zeigt das System Unstimmigkeiten an, die wie aktuell zur Untersuchung führen, ob man möglicherweise eine weitere fundamentale Kraft braucht um kleinste, aber nachweisbare Diskrepanzen in den Messwerten der diversen Beschleunigerexperimente aufzuhellen.

Was fehlt sind Daten, die das "Etwas" greifbarer machen, also weitere Beobachtungen wie sich die verschiedensten Wirkungen entfalten, damit man Gesetzmäßigkeiten aufdecken kann die dann wieder Aussagen über die Art dessen erlauben, was wir suchen. Dazu gehört die zeitliche Einordnung, je weitere Zeiträume der Entstehung des Weltraums wie wir ihn kennen wir übersehen können umso eher kann man erfassen, was da vonstattengegangen ist. Welche Quantitäten diese Einwirkungen hatten, ob sie überall gleich oder vielleicht räumlich unterschiedlich waren.

Zurzeit gibt es halt mehr Fragen als Antworten, aber das war früher so und führte zu dem erarbeiteten Wissen, das heute vorhanden ist, und das wird so bleiben, denn mit jeder Tür, die wir aufstoßen, werden wir erst einmal neue Fragen finden. Irgendjemand hat einmal gesagt, dass wir in einem goldenen Zeitalter der Astronomie leben.

Die immer schneller fortschreitende Technologie gibt uns nach uns nach Möglichkeiten an die Hand, immer neue Methoden und "Beobachtungsfenster" zu öffnen, um "anders" in die Welt zu sehen, seien es neue Teleskope, seien es neue Forschungszweige wie die Gravitationswellen-Astrononie, die Detektion der Neutrinos, neue Raumsonden - irgendwann werden wir auf etwas stoßen das in einem klugen Kopf, und sitze er in irgendeinem Patentamt, "klick" macht - und dann werden wir es verstehen...

CS
Jörg
 
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Reaktion: PSM

kirk11

Aktives Mitglied
Hallo Jörg,

aus Zeitgründen kann ich jetzt auf das ganze Post nicht eingehen.

Aber die eine Frage möchte ich nicht unbeantwortet lassen:

'...eine fundierte Spekulation kann der Anfang der Erkenntnis sein. Sinn von Forschung ist es Fragen zu klären. Und die Antworten zu testen. Richtig - oder falsch?'

Ich wäre wohl einer der letzten hier, der so etwas als falsch bezeichnen würde.

Allerdings sollte man nie aus den Augen verlieren, ob / wann man sich noch im Stadium der Spekulation befindet...
 

Optikus

Aktives Mitglied
Moin,

teilweise sicher ja. Ich denke dass man außer dass "Dunkle Materie" existiert und ihre Wirkungen feststellen kann, relativ wenig gesichert hat. Man erkennt Diskrepanzen in der Hubble-Konstante, je nach gewähltem Bestimmungsweg und man hat Vorstellungen von dem was man sich als "Dunkle Materie" vorstellt, aber die Ausgestaltung und Funktion ist weitgehend spekulativ, auch wenn man - siehe der Ausgangsartikel, sich dem Thema immer mehr annähert.

CS
Jörg
 
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