Dunkle Materie bildet ein Geisteruniversum

[Spocky]

Dunkle Materie bildet ein Geisteruniversum

Dunkle Materie macht 25 Prozent der Materie des Universums aus. Bis heute ist unbekannt woraus sie besteht, doch Astrophysiker der Universität von Berkeley berechneten nun, wie sie das All ausfüllt. So dürften sie in vielen Gruppen im Universum verteilt sein, die ständig in Bewegung sind, vergleichbar mit tanzenden Staubteilchen in einem Lichtkegel.

Sichtbare Materie wie Galaxien machen den kleinsten Teil des Universums aus. Die Zahlen dieser Grafik beziehen sich auf einen älteren Forschungsstand dieses Artikels: Die Rolle der dunklen Energie ist vermutlich noch größer als hier dargestellt.

Basierend auf Computermodellen von dunkler Materie, die sich unter dem Einfluss der Gravitation durch den Raum bewegt, ist Ma der Ansicht, dass dunkle Materie kein einheitlicher Nebel ist, der Galaxiehaufen umhüllt. Vielmehr formt die dunkle Materie kleinere Gruppen, die oberflächlich betrachtet wie die Galaxien und globalen Galaxiehaufen in unserem sichtbaren Universum aussehen. Die dunkle Materie ist dynamisch und unabhängig von gewöhnlicher Materie, wie sie sagt.
"Der kosmische Mikrowellenhintergrund zeigt uns, wie im frühen Universum die Anhäufung der dunklen Materie stattfand, und wie diese Haufen wegen ihrer Schwerkraft langsam anwuchsen", sagt Ma. "Man dachte jedoch, dass jeder der Haufen, ebenso der Halo rund um Galaxienhaufen, eben und glatt wäre. Doch wie hochauflösende Simulationen uns zeigen, sind diese nicht eben, sondern besitzen eine verwickelte, komplizierte innere Struktur.

[Sternengucker]

Hmmm, klingt und sieht ja mal interessant aus, nur wie erklärt sich dieser Mann, dass sich helle und dunkle Materie dann quasi sortiert haben muss wenn sie nebeneinander unabhängige Systeme bilden soll. Gibts da schon die passende Theorie?

[Spocky]

Unabhängig ganz sicher nicht, dann ohne die dunkle Materie hätte sich die helle Materie nie zusammenballen können. Als die leuchtende Materie "auskristallisierte", war das Universum bereits zu kalt und zu dünn dafür. Die dunkle Materie muss also bereits vorher Strukturen ausgebildet haben und die leuchtende Materie gravitativ an sich gebunden haben. Im Erdkern dürfte es auch dunkle Materie geben, denn obwohl die beiden Materieformen fast in keine Wechselwirkung treten, ziehen sie sich gegenseitig an. Die Menge dürfte allerdings nicht allzu hoch sein und die dunkle Materie, die die Erde einfängt, dürfte auch nicht die allerschnellste sein. Sie muss also langsam auf die Erde zutrudeln.

[Sternengucker]

Hmmm, irgendwie krieg ich jetzt deine Erläuterung und das, was im Artikel stand nicht so richtig unter einen Hut...
Auch das Verhältnis wundert mich... wenn dM zwingend nötig ist um hM zusammenballen zu lassen und es viel mehr dM als hM gibt, weshalb soll dann in der Erde nur wenig davon enthalten sein, das Verhältnis müsste dann doch dem statistisch auffälligen entsprechen?

[Borg-Alien]

Gibt es denn schon Theorien, aus was dunkle Materie besteht?
Und warum ist dunkle Materie eigentlich unsichtbar?

[Spocky]

Dunkle Materie befindet sich wohl ziemlich sicher im HALO der Milchstraße und mich würde nicht wundern, wenn auch das Massive Schwarze Loch im Zentrum sehr viel davon enthalten würde.

Was das Mengenverhältnis angeht, so muss man das sehr differenziert betrachten. Dazu muss ich auch erstmal die Frage von Borg-Alien teilbeantworten:

Was die dunkle Materie aufbaut ist zum Größten Teil noch unbekannt. Sicher dazu gehören wohl die Neutrinos und die entstehen auch bei Kernfussionsreaktionen. Insofern kommen sie auch in sichtbarer Materie vor, bzw. werden von ihr hervorgebracht. Dies würde auch für die schwereren Vettern, die Neutralinos gelten, die aber noch nicht nachgewiesen wurden. Beide sind aber wahnsinnig schnell bei ihrer Entstehung, das bedeutet, dass ihre Fluchtgeschwindigkeit locker ausreicht, um die Erd- und Sonnenanziehung zu verlassen. Die "freie Wegstrecke" eines sonnenproduzierten Neutrinos reicht bis zur Saturnumlaufbahn. Das bedeutet, dass ein Neutrino durch so viel Masse hindurchkommt, wie sich auf der Strecke befindet, bevor es statistisch einmal mit einem Teilchen sichtbarer Materie interagiert.

Neutrinos bilden aber nur einen kleinen Teil der dunklen Materie. Wie viel von der anderen dunklen Materie hier rumschwirt ist unbekannt. Sicher ist aber schonmal, dass du sekündlich von Abermilliarden Neutrinos durchflutet wirst.

Zum Rest von Borg-Aliens Frage: Dunkle Materie ist deshalb "dunkel", weil sie mit der für uns sichtbaren Materie nicht elektromagnetisch in Wechselwirkung tritt. Elektromagnetische Wellen sind aber gerade das, was ein Objekt sichtbar macht. Die einzige Wechselwirkung, die ständig abläuft, ist die Gravitation.

[Bynaus]

Es könnte ja eventuell schon sein, dass die Erde zu einem Teil aus dunkler, nicht wechselwirkender Materie besteht, die einen Teil des Kerns ausmacht (dorthin würde sie nämlich sinken, zum Zentrum der Gravitation). Vielleicht liesse sich so auch die hohe Merkurmasse erklären... aber das ist alles reine Spekulation.

[Spocky]

Nanu, es gibt Sonderheiten bei der Merkurmasse? Inwiefern das denn? So weit ich weiß, ist ja die Erde der Planet mit der größten Gesamtdichte. Insofern dürfte die Masse von Merkur ja nicht so auffällig ungewöhnlich sein.

[Borg-Alien]

Die Erde hat die größte Gesamtdichte?
Wenn der Pluto aus massivem Gestein besteht, hat er ganz bestimmt eine größere Gesamtdichte als die Erde.

[Spocky]

Das Gestein ist es ja nicht, was die Erde so massiv macht. Es ist der Erdkern, der aus Nickel-Eisen besteht. Pluto hat übrigens auch nur eine Dichte von 1,75 g/cm³. Merkur hat 5,427 g/cm³ die Erde kommt auf immerhin 5,515 g/cm³.

[Bynaus]

Eben das ist ja das Problem: Die terrestrischen Planeten und Monde lassen sich in einem Diagramm, das Masse gegen Dichte aufträgt, schön auf eine Linie bringen. Die Dichte scheint also eine Funktion der Totalmasse zu sein - je schwerer ein Planet ist, desto dichter wird er. Nur Merkur schlägt aus der Reihe: Er ist wesentlich dichter, als er sein sollte. Man erklärt das überlicherweise damit, dass er einst grösser war (vielleicht sogar ähnlich gross wie die Venus) und dann von einem grossen Körper getroffen wurde. Im Gegensatz zur Erde wurde dabei aber nicht ein Mond gebildet, sondern ein grosser Teil des Mantels abgesprengt - der Merkur besteht praktisch nur noch aus seinem Kern plus den Resten seines Mantels - deshalb ist er so dicht. Ist aber nur eine von mehreren Hypothesen.

Wenn der Pluto aus massivem Gestein besteht, hat er ganz bestimmt eine größere Gesamtdichte als die Erde

Warum? "Massives Gestein" hat (unkomprimiert) überall dieselbe Dichte, ob auf der Erde oder dem Pluto. Wenn beide aus demselben Material bestehen, haben sie auch dieselbe Dichte (was nicht ganz genau stimmt, da durch die grössere Masse der Erde jene etwas stärker komprimiert wird (unter ihrem eigenen Gewicht), womit die Dichte steigt).

[LaForge]

Die Neutrinos kann man in der Massenberechnung getrost wegfallen lassen.
Aktuelle Experimente zeigen das die Ruhemasse der eines Neutrinos bei max. 2eV liegen. Wobei das "max" nicht eine deutlich geringere Masse ausschließt.
Zum Vergleich, ein Elektron hat ne Ruhemasse von 510 keV.

[Sternengucker]

@Spocky, hmmm in der Grafik oben werden "ghostly Neutrinos" noch separat von den DM und DE Feldern erwähnt, sind das "Sonderformen" der Neutrinos oder ist man sich noch nicht besonders schlüssig über die Zuordnung?

[Spocky]

@ Bynaus: Ich finde, wir kennen reichlich wenig terrestrische Planeten, um daraus schon einen wirklichen Trend abzulesen oder gar eine Eichkurve erstellen zu können Wäre es vielleicht auch denkbar, dass beim Merkur wegen der Nähe zur Sonne gerade die schwereren Komponenten angereichert wurden, während die leichteren weiter nach außen kamen? Als unser Sonnensystem noch eine Staubscheibe war, kam es doch siecher auch in gewissem Maß zum Ausbilden eines Dichtegradienten, ähnlich, wie es noch auf der jungen Erde war, oder auch i der Atmosphäre.

@ LaForge: Ich zweifle, dass es bei den Neutrinos vollkommen korrekt ist, die Ruhemasse zu nehmen. Immerhin sind die ja sehr schnell unterwegs, also auf jeden Fall im relativistischen Bereich. Aber natürlich hast du Recht, die neutrinos nehmen nur einen verschwindend kleinen Teil der Dunklen Materie ein, aber das hab ich ja auch schon angedeutet.

@ Sterni: Ich nehme mal an, dass die ghostly heißen, weil sie so geisterhaft sind und seperat aufgeführt sind sie wohl deshalb, weil man diese bereits kennt, den Rest der dunklen Materie aber noch nicht.

[Bynaus]

@Spocky: Ja, aber Trend bei den Planeten, die wir kennen, ist deutlich. Das mit dem Dichtegradienten dachte man lange auch, da würde sogar der wenig dichte Mars dazu passen, aber dann fällt die Venus aus der Reihe (warum ist sie ihrerseits nicht dichter als die Erde?). Man weiss aber (dank Meteoriten), dass der solare Nebel zwar nicht homogen, aber doch relativ gut durchmischt war - und diese Inhomogenitäten reichen eben nicht aus, um die Merkurdichte zu erklären.