NGC 1052-DF2. Bild: NASA, ESA, and P. van Dokkum (Yale University)
NGC 1052-DF2. Bild: NASA, ESA, and P. van Dokkum (Yale University)

Im Artikel NGC 1052-DF2 – Leuchtende Aussichten für Dunkle Materie hatte ich über eine Arbeit berichtet, in der Pieter van Dokkum behauptete, eine Galaxie gefunden zu haben, die so gut wie keine Dunkle Materie enthalte. Da Galaxien üblicherweise zum größten Teil aus Dunkler Materie bestehen, wäre dies ein Beleg dafür, dass die Gravitation, die Galaxien zusammen hält und die – jedenfalls gemäß Newton und Einstein – nicht durch die sichtbare Masse von Sternen und Gas erklärbar ist, wirklich einer nicht sichtbaren Materieform zuzuschreiben ist, denn wäre sie nur von der leuchtenden Masse und vom Abstand abhängig, wovon modifizierte Gravitationstheorien ausgehen, dann dürften Galaxien ähnlicher Größe und mit ähnlicher Leuchtkraft nicht unterschiedliche Massen haben. Die Masse erschloss van Dokkum aus der Bewegung der Kugelsternhaufen um die Galaxie. Die Galaxie Dragonfly 44 von ähnlicher Größe, die van Dokkum zuvor entdeckt hatte, erschien bei gleicher Leuchtkraft wesentlich massereicher.

 

Außergewöhnliche Behauptungen benötigen außergewöhnliche Belege

Die Arbeit war sofort kritisiert worden. Die Datenbasis von lediglich 10 Kugelsternhaufen sei zu klein. Die Entfernungsbestimmung sei zu ungenau; die Rotverschiebung der Galaxie könne auch eine Pekuliarbewegung (Bewegung der Galaxie in Bezug auf benachbarte Galaxien) beinhalten, sie ist kosmologisch gesehen nicht sehr weit weg, so dass die Expansion des Weltalls die Pekuliarbewegung dominieren würde. Die Kugelhaufen könnten auch in einer Ebene um die Galaxie kreisen und man sähe nur einen kleinen Teil ihrer Bewegung im Spektrum, wenn die Ebene fast senkrecht zur Blickrichtung läge. Außerdem seien sie viel zu hell – van Dokkum hatte sogar eine zweite Arbeit darüber geschrieben, wie ungewöhnlich hell sie sind. Die Kritik war sicher nicht unberechtigt, aber die Methodik zu kritisieren ist das eine, eigene Messungen anzustellen ist etwas ganz anderes.

Genau das haben Ignacio Trujillo und 12 andere Wissenschaftler aus Spanien, Chile, Portugal, Australien und Frankreich getan und in einer kürzlich eingereichten Arbeit veröffentlicht. Sie kommen zu dem Schluss, dass NGC 1052-DF2 nur 13 Mpc (statt über 20, wie von van Dokkum bestimmt) entfernt sei und behaupten, damit alle Anomalien der Galaxie erklären zu können. Schauen wir uns einmal ihre Ergebnisse an.

 

50 Shades of Galaxienentfernungsbestimmung

Die Forscher haben sich alle öffentlich verfügbaren Daten und Aufnahmen der Galaxie besorgt, die sie auftreiben konnten, vom Sloan Digital Sky Survey über Gemini und WISE bis zum Hubble-Weltraumteleskop. Mit Bildverarbeitungstechniken haben sie die Galaxie vom Hintergrund isoliert, die Extinktion durch Staub in der Milchstraße bestimmt und kompensiert und die Helligkeit in absoluten Einheiten bestimmt. Mit Hubble-Aufnahmen gelang ihnen sogar die Identifizierung einzelner Sterne, die von Software-Tools automatisch extrahiert und vermessen wurden. Zwar fanden sie keine Cepheiden (es gab auch nur einzelne Aufnahmen), aber aus den so bestimmten Daten konnten sie mit 5 anderen Methoden die Entfernung unabhängig von der Rotverschiebung ableiten, die ich nun vorstellen möchte, um zu illustrieren, auf welch unterschiedliche Weisen man Entfernungen von Galaxien bestimmen kann.

 

1. Farb-Helligkeits-Entfernung

Wenn man ein Farb-Helligkeits-Diagramm vieler Sterne eines Sternhaufens oder einer Galaxie aufstellt, kann man die Lage der Hauptreihe und der Riesen ermitteln und damit den Entfernungsmodul, die Differenz aus scheinbarer und absoluter Helligkeit, aus dem die Entfernung folgt. Über die riesige Entfernung zu NGC 1052-DF2 sind nur noch die größten Riesen als Einzelsterne erkennbar (Bild unten), deshalb sieht das Farb-Helligkeitsdiagramm etwas ungewohnt aus, man sieht nur die obere rechte Ecke (zum Vergleich: Hipparcos-Sterne). Aber immerhin 3500 Sterne sind abgebildet. Verglichen mit einer künstlichen Population (rot) zeigt sich die beste Übereinstimmung für ca. 12 Mpc Entfernung (wobei selbst die 16 Mpc näher sind als van Dokkums bestimmte ca. 20).

Farb-Helligkeits-Diagramm von ~3500 Riesen in NGC 1052-DF2 (grau) im Vergleich synthetisch generierten Sternen (rot) für drei Entfernungen. Obere Reihe: alle synthetischen Sterne sichtbar. Untere Reihe: die synthetischen Sterne in die Originalaufnahmen eingestreut und wie die Sterne der Galaxie verarbeitet, so dass die lichtschwächeren dabei wegfallen. Die beste Übereinstimmung ergibt sich für die mittlere Spalte.

Farb-Helligkeits-Diagramm von ~3500 Riesen in NGC 1052-DF2 (grau) im Vergleich zu synthetisch generierten Sternen (rot) für drei Entfernungen. Obere Reihe: alle synthetischen Sterne sichtbar. Untere Reihe: die synthetischen Sterne in die Originalaufnahmen eingestreut und wie die Sterne der Galaxie verarbeitet, so dass die lichtschwächeren dabei wegfallen. Die beste Übereinstimmung ergibt sich für die mittlere Spalte. Bild: [1]

Noch genauer wird das Ergebnis, wenn man nach der Spitze des Riesenastes sucht, da wo die Heliumfusion einsetzt und die Sterne sich nach unten links weiterentwickeln, da das Schalenbrennen erlischt. Diese liegt nämlich bei einer bestimmten absoluten Helligkeit. Aus der Differenz zur beobachteten Helligkeit folgt die Entfernung. Durch weitere Datenverarbeitung kitzelten die Autoren diese Spitze aus den Daten heraus und fanden eine Entfernung von 13,12±0,72 Mpc.

 

2. Mittlere Helligkeit der Kugelsternhaufen

Anstatt die Kugelhaufen von NGC 1052-DF2 wie van Dokkum als pathologisch zu betrachten, kann man sie auch einfach als normale Kugelsternhaufen einordnen und aus deren üblicher Helligkeit und Größe eine Entfernung ableiten. Zwar sind nicht alle Kugelsternhaufen gleich hell, aber wenn man die glockenförmige Verteilung der Anzahl der Sternhaufen über deren Helligkeiten aufträgt, dann liegt das Maximum bei einer absoluten visuellen Helligkeit von etwa -7,5m. Die Autoren konnten mit Software-Hilfe neben den 11 Kugelsternhaufen1 von van Dokkum noch 8 weitere identifizieren, darunter einer, der heller als die 11 bekannten ist, sowie mehrere deutlich lichtschwächere. Das Maximum der Glockenkurve (Bild unten; vor der Umrechnung auf visuelle Helligkeit) fanden sie bei 22,94m, entsprechend einem Entfernungsmodul von 30,60 und einer Entfernung von 13,2+1,1/-1,7 Mpc. Werden nur die 11 von van Dokkum gefundenen Kugelsternhaufen verwendet, kommt als Entfernung sogar ein noch kleinerer Wert (11,3+2,8/-0,9 Mpc) heraus, denn diese 11 Kugelhaufen sind im Durchschnitt etwas heller als die 8 neuen.

Helligkeitsverteilung der Kugelsternhaufen (Globular Clusters, GCs) in zwei Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops; links visuell, 606 nm Wellenlänge, rechts Infrarot, 814 nm Wellenlänge. Es ist die Zahl der Kugelsternhaufen über ihrer Helligkeit (Abstufung: halbe Größenklasse) aufgetragen. Die roten Balken entsprechen den 11 von van Dokkum gefundenen Sternhaufen, die blauen den von den Autoren zusätzlich gefundenen. Das statistische Maximum ist zentriert zwischen den gestrichelten Linien bei 22,94m. Bild: [1]

Helligkeitsverteilung der Kugelsternhaufen (Globular Clusters, GCs) in zwei Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops; links V-Filter, 606 nm Wellenlänge, rechts IR-Filter, 814 nm Wellenlänge. Es ist die Anzahl der Kugelsternhaufen über der scheinbaren Helligkeit (Abstufung: halbe Größenklasse) aufgetragen. Die roten Balken entsprechen den 11 von van Dokkum gefundenen Sternhaufen, die blauen den 8 von Trujillo et al. zusätzlich gefundenen. Das statistische Maximum ist zentriert zwischen den gestrichelten Linien. Bild: [1]

3. Mittlerer Durchmesser der Kugelsternhaufen

Ähnlich wie mit den Helligkeiten kann man auch mit den Größen der Kugelhaufen verfahren. Die durchmessen bei Zwerggalaxien im Mittel 4,3±0,2 pc. Die der Milchstraße sind etwas kleiner und kugelförmiger; die Abplattung der Kugelhaufen von NGC 1052-DF2 passt jedoch hervorragend zu derjenigen bei Zwerggalaxien. Vergleicht man die mittlere Größe der 19 Kugelhaufen von NGC 1052-DF2 mit diesem Standardlineal, so ergibt sich eine Entfernung 12,4+1,4/-1,2 Mpc. Nur beschränkt auf die van-Dokkum-Kugelsternhaufen sind es gar nur 11,6±1,5 Mpc.

 

4. Oberflächenhelligkeits-Fluktuation

Diese Methode wurde auch in der Arbeit von van Dokkum verwendet: die Einzelsterne einer fernen Galaxie werden auf CCD-Aufnahmen nicht mehr aufgelöst (bis auf einzelne Riesen, die ihr Pixel dominieren), aber sie sind auch nicht vollkommen gleich verteilt über die Pixel. Eine gewisse Unregelmäßigkeit (Fluktuation; surface brightness fluctuation, SBF) zwischen den einzelnen Pixeln bzw. Gruppen von Pixeln verbleibt. Je stärker ausgemittelt diese Fluktuationen erscheinen, desto weiter ist die Galaxie entfernt; so in etwa wie die Faserung einer Rauhfasertapete, die mit zunehmender Betrachtungsentfernung kleiner und gleichmäßiger erscheint. Van Dokkum ermittelte 19,0±1,7 Mpc mit dieser Methode. Die Fluktuationen sind nicht für alle Farben, die eine Galaxie haben kann, gleich (rötlicher = älter, keine Sternentstehung mehr). Die Autoren argumentieren, dass van Dokkum die Farbe (Farbindex aus den beiden Helligkeiten im grünen und infraroten Bereich) nicht korrekt bestimmt hat und bei der Bestimmung der mittleren Fluktuationsamplitude eine Kalibrierungsformel für rötlichere Galaxien weit außerhalb ihres gültigen Bereichs verwendet hat; die Galaxie sei blauer als der zulässige Bereich der Formel. Sie selbst kommen mit einer anderen Formel, die besser auf die Farbe der Galaxie zugeschnitten ist, auf 14,7±1,7 Mpc.

 

5. Entfernung gemäß der Fundamentalebene

Der effektive Radius einer Galaxie ist derjenige, bei dem die Flächenhelligkeit auf die Hälfte abgefallen ist, denn die Galaxie hat keinen scharfen Rand, sondern wird nach außen diffuser und lichtschwächer. Was den Sternen die Hauptreihe im Farb-Helligkeits-Diagramm ist, ist den Galaxien die Fundamentalebene in einem Diagramm, das die Streuung der Geschwindigkeiten der Sterne σe innerhalb des effektiven Radius (Geschwindigkeitsdispersion), die mittlere Flächenhelligkeit < μe > im effektiven Radius und den effektiven Radius Re selbst in Beziehung setzt. Das sind drei Größen, also hat man es mit einem dreidimensionalen Diagramm zu tun. Bei elliptischen Galaxien, den Kernen (Bulges) von Spiralgalaxien, aber auch Kugelsternhaufen und Galaxienhaufen, bewegen sich die Sterne wie Teilchen in einem Gas durcheinander, das einen gewissen Druck hat, statt wie in den Spiralarmen in der gleichen Bahnebene zu kreisen. Bei solchen druckstabilisierten Konfigurationen liegen die Galaxien alle in ungefähr der gleichen Ebene im Diagramm, der sogenannten Fundamentalebene (ein paar Illustrationen davon findet man hier), was sich auch theoretisch begründen lässt, aber hier zu weit führen würde.

Kennt man also die beiden Parameter σe und < μe >, kann man den effektiven Radius aus dem Diagramm ablesen und erhält so ein Standardlineal. Aus dem Winkeldurchmesser und dem Radius folgt dann die Entfernung. Die Geschwindigkeitsdispersion und Flächenhelligkeit (welche nicht von der Entfernung abhängt) waren in der Arbeit von van Dokkum bereits gemessen worden. Die Autoren leiten eine Entfernung von 12±3 Mpc ab, nicht furchtbar genau, aber sehr gut zu den anderen Entfernungen passend:

Vergleich der oben beschriebenen Methoden zur Entfernungsbestimmung mit Fehlerbalken. Die Messungen passen alle gut zu einer Entfernung von 13 Mpc. Die gestrichelte Linie rechts zeigt die 20 Mpc der van-Dokkum-Arbeit (vD + 18a). Bild: [1]

Vergleich der Ergebnisse der oben beschriebenen Methoden zur Entfernungsbestimmung mit Fehlerbalken. Die Messungen passen alle gut zu einer Entfernung von 13 Mpc. Die gestrichelte Linie rechts zeigt die 20 Mpc der van-Dokkum-Arbeit (vD + 18a). Bild: [1]

Und was ist mit der Rotverschiebung?

Van Dokkum hatte die Kritik an seiner Entfernungsbestimmung damit gekontert, dass die Galaxie, wenn sie wesentlich näher wäre, ungewöhnlich schnell unterwegs sein müsste, denn dann würde ein kleinerer Anteil ihrer Radialgeschwindigkeit auf die kosmische Expansion entfallen und müsste stattdessen eine Pekuliarbewegung der Galaxie gegenüber ihren Nachbarn sein. Für 8 Mpc zitiert van Dokkum eine Geschwindigkeit von 1200 km/s. Folgt man der Entfernungsbestimmung der Autoren in der hier betrachteten Arbeit und rechnet man die Pekuliarbewegung der Erde in Bezug auf die kosmische Hintergrundstrahlung heraus, dann kommen die Autoren auf 640±25 km/s Pekuliarbewegung von NGC 1052-DF2, was schon deutlich weniger ist. Die Autoren haben sich die Galaxien in der Umgebung (bis 1,75 Mpc Radius) angeschaut und fanden, dass deren Geschwindigkeiten über einen weiten Bereich streuen. Im Mittel bewegen sich die Galaxien dort mit -230 km/s relativ zur kosmischen Expansion, anstatt mit 0, und die Extremwerte liegen zwischen -1400 km/s und +700 km/s. Die +640 km/s sind also hoch, aber noch im Rahmen. In dieser Gegend bewegen sich die Galaxien recht turbulent. Daher kann die Pekuliargeschwindigkeit nicht als Argument gegen die geringe Entfernung verwendet werden.

 

Was bleibt übrig von van Dokkum?

Wir haben bereits gelernt, dass Entfernung in der Astronomie alles ist, und so kann die neue Entfernung weit reichende Konsequenzen haben. Trujillo et al. haben daher die gravitative Galaxienmasse mit der gleichen Methode wie van Dokkum neu bestimmt (siehe ersten Artikel). Da die Galaxie näher ist, ist sie kleiner und damit die leuchtende Masse geringer. Außerdem können mehr Kugelhaufen und damit auch die Masse innerhalb von mehr Radien gemessen werden (vgl. die Massenbestimmung der Milchstraße). Van Dokkum fand 320 und 340 Millionen Sonnenmassen innerhalb von 3,1 bzw. 7,6 kpc, d.h. es ist kaum ein Halo vorhanden, der mit zunehmender Entfernung die eingeschlossene Masse erhöht.

Trujillo et al. haben die Massen für 5 verschiedene Entfernungen bestimmt und mit Methoden, wie wir sie bei der Massenbestimmung der Milchstraße kennen gelernt haben, daraus die Masse des mutmaßlichen Dunkle-Materie-Halos ermittelt (unten im Bild in Grün- bis Rottönen dargestellt sind Halo-Massenverteilungen gemäß Navarro, Frenk und White für verschiedene Gesamtmassen, als Zehnerexponenten ausgedrückt; für jede jeweils eine Unter- und Obergrenze). Außerdem bestimmten sie aus der Flächenhelligkeit und Größe eine Abschätzung für die leuchtende Masse der Sterne (blaue gestrichelte Linie mit zusätzlich Unter- und Obergrenze).

Gravitative Masse von NGC 1052-DF2: die schwarzen Punkte geben die aus der Bewegung der Kugelhaufen ermittelte Masse der Galaxie und ihres Halos nach Navarro/Frenk/White (NFW) innerhalb des Radius auf der x-Achse an. Die blaue gestrichelte dicke Linie unten gibt die leuchtende Masse der Sterne an; der Unsicherheitsbereich wird durch die dünneren blauen gestrichelten Linien dargestellt. Die Paare von grünen, gelben und roten Linien geben die Unsicherheitsbereiche für die Massenverteilung von FW-Halos mit der Gesamtmasse von 109,6, 109,1 und 108,5 Sonnenmassen an. Die schwarzen Datenpunkte passen am besten zu 109,1 = 1,3 Milliarden Sonnenmassen.

Gravitative Masse von NGC 1052-DF2: die schwarzen Punkte geben die aus der Bewegung der Kugelhaufen ermittelte Masse der Galaxie und ihres Halos nach Navarro/Frenk/White (NFW) innerhalb verschiedener Radien auf der x-Achse an (Fehlerbalken bei 10% und 90% Konfidenz). Die blaue gestrichelte dicke Linie unten gibt die leuchtende Masse der Sterne an; der Konfidenzbereich wird durch die dünneren blauen gestrichelten Linien abgesteckt. Die Paare von farbigen, durchgezogenen Linien geben die Konfidenzbereiche für die Massenverteilung von NFW-Halos mit der Gesamtmasse von 109,6 bis 108,5 Sonnenmassen an. Die schwarzen Datenpunkte passen am besten zu 109,1 = 1,26 Milliarden Sonnenmassen.

Für die Sternenmasse ergibt sich ein Wert von 60±36 Millionen Sonnenmassen – wesentlich weniger als die 200 Millionen, die van Dokkum aufgrund der größeren zugrunde gelegten Entfernung geschätzt hatte. Die am besten zu den Kugelhaufen passende Halo-Verteilung ergibt 109,1 = 1,26 Milliarden Sonnenmassen, wobei auch 108,5 = 316 Millionen oder 109,6 = 4 Milliarden möglich wären. In jedem Fall aber erheblich mehr, als die leuchtende Materie. Die Dunkle Materie ist zurück.

Ist NGC 1052-DF2 damit eine vollkommen normale ultra-diffuse Galaxie (UDG)? Nicht wirklich, ihr Verhältnis von leuchtender zu Dunkler Materie ist schon ungewöhnlich groß, aber sie ist auch kein Einzelfall, wie das letzte Bild zeigt. Die Galaxie IC1613 hat ein ähnliches Verhältnis. NGC 1052-DF2 liegt aber recht weit abseits.

Sternenmasse über Halomasse für verschiedene Zwerggalaxien aufgetragen (LV dwarfs = Zwerggalaxien aus der Umgebung, "local volume", LG iso dwarfs = isolierte Zwerggalaxien aus der lokalen Gruppe, NIHAO_UDGs = ultradiffuse simulierte Galaxien aus dem NIHAO-Projekt, HUDs = ultradiffuse Galaxien mit neutralem Wasserstoffgas HI). Drei verschiedene Massen aus zwei Halomodellen sind für NGC 1052-DF2 eingetragen (rot). Die Galaxie IC1613 hat ein ähnliches Verhältnis von leuchtender zu Halomasse. Bild: [1]

Sternenmasse über Halomasse für verschiedene Zwerggalaxien aufgetragen (LV dwarfs = Zwerggalaxien aus der Umgebung “local volume”, LG iso dwarfs = isolierte Zwerggalaxien aus der lokalen Gruppe, NIHAO_UDGs = ultradiffuse simulierte Galaxien aus dem NIHAO-Projekt, HUDs = ultradiffuse Galaxien mit neutralem Wasserstoffgas HI). Drei verschiedene Massen aus zwei Halomodellen sind für NGC 1052-DF2 eingetragen (rot). Die Masse liegt ganz außen im Bereich der Streuung. Die Galaxie IC1613 hat jedoch ein ähnliches Verhältnis von Stern- zu Halomasse. Bild: [1]

Ist das ein Beleg für MOND?

Nein. Zwar kann man nicht mehr behaupten, NGC 1052-DF2 enthalte gar keine Dunkle Materie, aber wie man im Bild oben sieht variiert der Anteil Dunkler Materie bei verschiedenen Galaxien schon um 2 Zehnerpotenzen, einen Faktor 100. Und selbst wenn diese Galaxie ein völlig normales Verhältnis von leuchtender zu Dunkler Materie hätte, so fiele lediglich ein einziger Datenpunkt gegen modifizierte Schwerkrafttheorien weg.

Gerade erschien eine andere Arbeit, bei der die Masse einer Galaxie aus der Geschwindigkeitsdispersion der enthaltenen Sterne und unabhängig  davon aus der Lichtbeugung einer Hintergrundgalaxie (Einsteinring) bestimmt werden konnte, und beide Massen kamen in gleicher Größe heraus, was belegt, dass die Allgemeine Relativitätstheorie hervorragend Gravitationsfelder auch in großen Abständen von Galaxien beschreibt – eine modifizierte Gravitationstheorie hätte hier einen Unterschied zur Relativitätstheorie aufzeigen müssen. Dunkle Materie ist also immer noch die beste Erklärung dafür, was Galaxien und Galaxienhaufen zusammenhält.

 

Referenz

[1] Ignacio Trujillo et al, “A distance of 13 Mpc resolves the claimed anomalies of the galaxy lacking dark matter“, eingereicht am 28.06.2018 bei Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; arXiv:1806.10141.

 

1 In der mir zugänglichen arXiv-Version der van-Dokkum-Arbeit werden nur 10 Kugelhaufen erwähnt; aus der Arbeit hier schließe ich, dass es einen 11. gab, für den keine Radialgeschwindigkeit bestimmt wurde, und der offenbar in der Nature-Veröffentlichung aufgezählt wurde.

Kommentare (20)

  1. #1 Marcel
    5. Juli 2018

    Vielen Dank Adleramin für diesen tollen Artikel. Genau damit “beschäftige” ( soweit ein absoluter laie in dem Thema das kann) ich mich schon eine Weile. Diese neuen Erkenntnisse wiegen Gold. Und ein schmunzeln.. Ich merke es sind doch immer wieder die kleinen Dinge… Ein kleiner Fehler und man denkt es gibt eine Galaxie ohne DM

  2. #2 Alderamin
    5. Juli 2018

    Danke. Dieser an sich vollkommen normale Vorgang zeigt auch, dass Forschung oft zwei Schritte vor und einen wieder zurück geht. So geradlinig wie man die Ergebnisse in der Schule gelernt hat, ist sie nie fortgeschritten.

    Manche behaupten ja auch, dass Wissenschaft dogmatisch sei und Kritik nicht zuließe. Das Gegenteil ist der Fall, Wissenschaft kritisiert sich selbst am meisten und revidiert sich auch, wenn es die Messungen erfordern. Wie an diesem Beispiel hier zu sehen.

  3. #3 Ingo
    6. Juli 2018

    Gibt es eigentlich eine Theorie darueber warum Dunkle Materie scheinbar immer zusammen mit “normaler Materie” vorkommt ?
    Anders gefragt: Warum kommen keine Dunkle-Materie-Ansammlungen im intergalaktischen Raum vor.

    Die Beschreibung der Dunkle-Materie-armen Galaxien waere sozusagen das Gegenteil: Eine Ansammlung von sichtbarer Materie mit reduzierten Anteil Dunkler Materie

    (Oder gibt es solche DM-Haufen im freien Raum,- aber wir wissen nichts davon weil sie sich nur schwer via Gravitationslinseneffekt ohne ausloesende Galaxie nachweisen liessen)

    Der Grund der Frage ist folgender:
    * Mir ist kein Prozess bekannt in dem sich normale Materie in Dunkle Materie umwandelt oder umgekehrt. Folgerichtig muessen sie unabhaenig von einander enstanden sein, und sich danach auch unabhaenig entwickelt haben,- zu Galaxien etc. Eigentlich sollte es dann auch moeglich sein, dass sich Dunkle Materie irgendwo verselbstaendigt haette und ohne normale Materie eine Ansammlung bildet.

  4. #4 Captain E.
    6. Juli 2018

    @Ingo:

    Es könnte einfach bedeuten, dass Dunkle Materie dermaßen attraktiv ist, dass sich bei einer größeren Ansammlung Dunkler Materie immer auch baryonische Materie findet.

  5. #5 Alderamin
    6. Juli 2018

    Gibt es eigentlich eine Theorie darueber warum Dunkle Materie scheinbar immer zusammen mit “normaler Materie” vorkommt ?

    Klar, gemäß der Urknalltheorie sind beide zusammen entstanden und haben den Raum gleichmäßig erfüllt. Oder besser gesagt, fast gleichmäßig, es gab geringfügige Dichteunterschiede. Orte mit zufällig höherer Dichte haben dann angefangen, Materie aus der Umgebung anzuziehen, so dass sich die Materie (dunkle und baryonische zusammen, da sie beide die Schwerkraft in gleicher Weise spüren) zu Fäden (Filamenten) zusammenzog. In den Filamenten entstanden dann Galaxien und Galaxienhaufen.

    Anders gefragt: Warum kommen keine Dunkle-Materie-Ansammlungen im intergalaktischen Raum vor.

    Weil normale Materie und Dunkle Materie im intergalaktischen Raum nur der Schwerkraft unterliegen, bleiben sie stets gemischt. Trennen kann man sie nur, wenn z.B. zwei Gaswolken zusammenstoßen und sich gegenseitig abbremsen, während die Dunkle Materie den Zusammenstoß nicht spürt, sondern weiter fliegt, wie im Bullet Cluster. Das ist übrigens ein Fall, wo Gas und Dunkle Materie noch zusammen im intergalaktischen Raum vorliegen, die Filamente existieren teilweise noch und sind noch nicht komplett zu Galaxienhaufen kollabiert.

    Die Beschreibung der Dunkle-Materie-armen Galaxien waere sozusagen das Gegenteil: Eine Ansammlung von sichtbarer Materie mit reduzierten Anteil Dunkler Materie

    Genau so ist es, und die Kollision des Gases in der Galaxie mit anderem Gas kann erklären, warum ihr das baryonische Gas abhanden gekommen ist, es wurde sozusagen vom Fahrtwind entgegen kommenden Gases weggeblasen.

    (Oder gibt es solche DM-Haufen im freien Raum,- aber wir wissen nichts davon weil sie sich nur schwer via Gravitationslinseneffekt ohne ausloesende Galaxie nachweisen liessen)

    Normalerweise müsste auch immer baryonisches Gas bei der DM zu finden sein, aber wenn dieses kalt ist und nicht ionisiert, dann ist es schwer aufspürbar. Man sieht seine Spuren nur im Licht von Hintergrundobjekten, z.B. Quasaren, und findet dann manchmal mehrere unterschiedlich verschobene Serien von Wasserstofflinien, von Gaswolken in unterschiedlicher Entfernung bei verschiedenen Rotverschiebungen. Die DM verrät sich durch Gravitationslinseneffekte, aber am besten da, wo sie verdichtet ist, innerhalb von Galaxienhaufen und dort meist als Bestandteil von Galaxien. Und natürlich verrät sie sich dadurch, dass ihre Gravitation Galaxienhaufen zusammenhält, die ansonsten bei den Geschwindigkeiten der Galaxien auseinander fliegen müssten.

    * Mir ist kein Prozess bekannt in dem sich normale Materie in Dunkle Materie umwandelt oder umgekehrt. Folgerichtig muessen sie unabhaenig von einander enstanden sein, und sich danach auch unabhaenig entwickelt haben,- zu Galaxien etc.

    DM wird sich vermutlich nicht in normale Materie umwandeln, wohl aber in Strahlung und umgekehrt, denn alle Materie soll beim Urknall aus Strahlung entstanden sein. Ein Kandidat für die DM ist das Axion, und das soll sich in Photonen umwandeln können. Andere Kandidaten wie sterile Neutrinos oder WIMPs sollen möglicherweise ihre eigenen Antiteilchen sein und sich zu Strahlung paarvernichten können. Nichts von alledem wurde aber bisher gefunden.

  6. #6 Ingo
    6. Juli 2018

    > DM wird sich vermutlich nicht in normale Materie
    > umwandeln, wohl aber in Strahlung und umgekehrt,
    > denn alle Materie soll beim Urknall aus Strahlung
    > entstanden sein.

    Klingt interesannt und logisch.
    Wie andere Materie auch wuerde demanch die DM aus Strahlunf (EM-Welle) durch Paarbildung gebildet werden koennen (und umgekehrt theoretisch auch zerstrahlen koennen,- was aber scheinbar sehr selten passiert, sonst hatte man es beobachtet)
    Dies muesste dann folgende Schluesse zulassen:

    * Die DM-Partikel muessten sehr massereich sein,- sodass unter heutigen Bedingungen die benoetigte hohe Strahlungsenergie einfach nicht mehr konzentriert zu fin den ist. (Bei weniger hohen Energiemengen haben wir die spontane Paarbildung bereits fuer normale Materie nachgewiesen)

    * Das DM-Teilchen kann nicht sein eigenes Antiteilchen sein,- da sich bei Paarbildung immer ein Antiteilchen und ein nicht-anti-Teilchen bildet.

    * Dies wuerde aber bedeuten, dass ein DM-Teilchen eine unsymetrie aufweisst,- und demnach eigentlich mit Bosonen interagieren muesste.

    * Das tut es aber nicht,- sonst hatte man es schon lange bemerkt.

    Da habe ich wohl einen Denkfehler drin

  7. #7 Alderamin
    6. Juli 2018

    * Die DM-Partikel muessten sehr massereich sein,- sodass unter heutigen Bedingungen die benoetigte hohe Strahlungsenergie einfach nicht mehr konzentriert zu fin den ist.

    Nicht unbedingt, das Axion soll sehr leicht sein. Der Prozess muss nur selten genug passieren, wozu hinreichend ist, dass sie sich selten eng genug begegnen (Wirkungsquerschnitt).

    * Das DM-Teilchen kann nicht sein eigenes Antiteilchen sein,- da sich bei Paarbildung immer ein Antiteilchen und ein nicht-anti-Teilchen bildet.

    Da die DM-Teilchen keine elektrische oder Farb-Ladung haben können (sonst wären sie nicht dunkel bzw. baryonisch) verbleibt nur der Spin, und der könnte auch 0 sein. Teilchen können ihr eigenes Antiteilchen sein. Nach Paarvernichtungsstrahlung von DM wird durchaus gesucht und hier und da wurde auch schon einmal angeblich etwas gefunden. Ein Kandidat aus dem Milchstraßenzentrum kann aber auch alternativ durch Pulsare erklärt werden.

    * Dies wuerde aber bedeuten, dass ein DM-Teilchen eine unsymetrie aufweisst,- und demnach eigentlich mit Bosonen interagieren muesste.

    Kenne mich da nicht so aus, aber sie sollen ja höchstens über die Bosonen der Schwachen Wechselwirkung mit Teilchen des Standardmodells interagieren (Higgs mal außen vor).

  8. #8 Ingo
    6. Juli 2018

    > verbleibt nur der Spin, und der könnte auch 0 sein

    Spin 0 muesste doch bedeuten, dass es keine Spinausrichtung gibt,- und damit keine Chiralitaet.
    Die schwache Wechselwirkung wird aber nur auf Teilchen mit linkshaendiger Chiralitaet,- oder auf antiteilchen mit rechtshaendiger Chiralitaet.

    Wirkt sie auch auf Teilchen mit Spin 0 was diese unterscheidung garnicht hat?

    Oder bringe ich da Helizitaet und Chiralitaet durcheinander?

  9. #9 Alderamin
    6. Juli 2018

    Oh, da kenne ich mich nicht aus. Hier gibt’s aber eine Tabelle mit mutmaßlichen Susy-Teilchen, bei denen viele Spin 0 haben. Welches von denen genau jetzt DM-Kandidaten sein könnten, müsste ich recherchieren.

    Das Axion soll aber auch Spin 0 haben. Das sterile Neutrino soll Spin 1/2 haben (aber kann bei der Paarerzeugung nicht auch ein Paar +1/2 / -1/2 entstehen? Kenne mich da wirklich nicht aus).

  10. #10 Oliver Müller
    6. Juli 2018

    Was ich in meinem Osterhasen Blog Artikel (https://prosaderphysik.wordpress.com/2018/03/30/osterhase-nicht-gefunden-existenz-des-osterhasen-bewiesen/) geschrieben habe:

    Die Distanzbestimmung zur Galaxie ist sehr ungenau, da sie mit der sogenannten Surface Brightness Fluctuation Methode gemacht wurde. Da ist ein Fehler von einem Faktor 2 gang und gäbe. Das kommt dadurch, dass die unterliegende Stellarpopulation genau bekannt sein muss (welche aber überhaupt nicht bekannt ist). Falls die Galaxie näher bei uns ist als vermutet, wäre sie nicht so gross und bei gleichbleibender Geschwindigkeitsmessung kommt ein grösseres M/L Verhältnis hinaus. Ein starkes Argument, dass die Galaxie tatsächlich näher als erwartet ist, ist durch die Helligkeit der Kugelsternhaufen gegeben, welche alle viel zu hell sind als erwartet. Das kann passieren, wenn man eine zu grosse Distanz annimmt, z.B. ist das Licht eines Leuchtturms am Horizont etwa gleich hell wie meine Kerze auf dem Tisch. Anstelle dass die Kugelsternhaufen alles ungewöhnlich helle Leuchttürme sind, sind es eigentlich nur nahe Kerzen.

    Und hier in der Kommentarspalte zum vorhergängigen Artikel:

    Punkt 2: Die Surface Brightness Fluctuation Methode ist extrem ungenau, wenn man nicht die Stellarpopulation der Galaxie kennt. z.B. gibt es ein Paper von meinem Doktorvater (der diese Methode im übrigen mitentwickelt hat), in der die Abweichung zur genaueren TRGB Methode 50% war (Jerjen & Rejkuba 2001, https://arxiv.org/abs/astro-ph/0105144). Die andere Messmethode im Artikel ist über den Hubblefluss (also die Geschwindigkeit der Galaxie), was auch sehr ungenau ist. z.B. wenn du mein Paper hier anschaust (https://arxiv.org/abs/1802.08657, letzte beiden Tabellen), siehst du, dass Geschwindigkeit und Distanz teilweise überhaupt nicht übereinstimmen. Das kommt durch Eigengeschwindigkeiten zustande.

    Im übrigen bestreitet van Dokkum dieses Paper und hat gerade an einer Konferenz verteidigt, dass die Distanz von 20 Mpc – und nicht die von 13 Mpc – korrekt sei. Seine Gruppe wird eine Gegendarstellung publizieren. Die Diskussion ist also noch nicht fertig.

    Und nochmals aus meinem Kommentar:

    “Extraordinary claims need extraordinary evidence”

    :-)

    @Alderamin

    Nein. Zwar kann man nicht mehr behaupten, NGC 1052-DF2 enthalte gar keine Dunkle Materie, aber wie man im Bild oben sieht variiert der Anteil Dunkler Materie bei verschiedenen Galaxien schon um 2 Zehnerpotenzen, einen Faktor 100. Und selbst wenn diese Galaxie ein völlig normales Verhältnis von leuchtender zu Dunkler Materie hätte, so fiele lediglich ein einziger Datenpunkt gegen modifizierte Schwerkrafttheorien weg.

    Das verstehe ich beim besten Willen nicht. Die Radial Accelaration Relation/Baryonic Tully-Fisher Relation wird nahezu perfekt von MOND erklärt und zwar einiges besser als mit LCDM. Du sagst aber gerade das Gegenteil. Könntest du erläutern, was du genau meinst?

    Gerade erschien eine andere Arbeit, bei der die Masse einer Galaxie aus der Geschwindigkeitsdispersion der enthaltenen Sterne und unabhängig davon aus der Lichtbeugung einer Hintergrundgalaxie (Einsteinring) bestimmt werden konnte, und beide Massen kamen in gleicher Größe heraus, was belegt, dass die Allgemeine Relativitätstheorie hervorragend Gravitationsfelder auch in großen Abständen von Galaxien beschreibt – eine modifizierte Gravitationstheorie hätte hier einen Unterschied zur Relativitätstheorie aufzeigen müssen. Dunkle Materie ist also immer noch die beste Erklärung dafür, was Galaxien und Galaxienhaufen zusammenhält.

    Zwischen MOND und allgemein relativistischen Gravitationstheorien muss eine Unterscheidung gemacht werden. MOND wäre für so eine relativistische Theorie in etwa wie Newton für die ART. MOND selbst ist keine relativistische Theorie und kann *keine* Aussagen über die Beugung des Lichts machen und kann somit – leider – nicht dadurch getestet werden. Warum aber hier ein Unterschied hätte festgestellt werden müssen, verstehe ich auch nicht. Nehmen wir an die Welt verhält sich nach einer MOND-artigen Theorie, hat man ja eine Phantom-Dunkle Materie, wenn man nur Newtonsch + ART die Galaxien betrachten würde. Ich würde also erwarten, dass ich etwas DM-artiges finde. Das spricht also nicht gegen Alternativtheorien.

    Manche behaupten ja auch, dass Wissenschaft dogmatisch sei und Kritik nicht zuließe. Das Gegenteil ist der Fall, Wissenschaft kritisiert sich selbst am meisten und revidiert sich auch, wenn es die Messungen erfordern. Wie an diesem Beispiel hier zu sehen.

    Paradigmatisch/dogmatisch ist die Wissenschaft schon, und nach dem bekannten/einflussreichen Wissenschaftsphilosophen Kuhn muss sie es auch sein, um zielstrebig arbeiten zu können. :-) Siehe z.B. Normalwissenschaft unter Kuhns Wikipedia Seite (https://de.wikipedia.org/wiki/Thomas_S._Kuhn), oder natürlich sein Werk “Structure” selbst. Auch z.B. das Einführungsbuch zur Wissenschaftsphilosophie “Theory and Reality” von Prof. Peter Godfrey-Smith (University of California) behandelt genau das. Dadurch, dass nicht die ganze Zeit über das Fundament des Paradigma debattiert wird, kann ein Feld vorangetrieben werden. Ich mag zwar Poppers Ideen besser (Wissenschaft durch Falsifizierung), aber Kuhn und seine Nachfolger haben in vielen Teilen schon recht, wie die Wissenschaft funktioniert.

  11. #11 Oliver Müller
    6. Juli 2018

    Oh, da kenne ich mich nicht aus. Hier gibt’s aber eine Tabelle mit mutmaßlichen Susy-Teilchen, bei denen viele Spin 0 haben. Welches von denen genau jetzt DM-Kandidaten sein könnten, müsste ich recherchieren

    Ich bin mit ein paar Susy-Forschern befreundet (Büro nebenan) und bin sehr sicher, dass nur das leichteste Susy Teilchen, der Photon-Partner, in Frage kommt. Das leichteste Teilchen muss es sein, da die Susy Teilchen seit dem Urknall zerfallen sind und somit nur der tiefste Energiezustand in Frage kommt – wäre das Susy Teilchen die Dunkle Materie, die wir heute in Galaxien beobachten (ansonsten wäre die DM ja schon weg).

  12. #12 Alderamin
    6. Juli 2018

    Seine Gruppe wird eine Gegendarstellung publizieren. Die Diskussion ist also noch nicht fertig.

    Bin gespannt. Wobei mir die Arbeit der Spanier ziemlich überzeugend scheint. Da müsste van Dokkum jetzt eine noch bessere Entfernungsmessung vorweisen. Cepheiden wären toll. Das Hubble-Teleskop hat Cepheiden bis 20 Mpc nachgewiesen. Falls NGC 1052-DF2 noch welche hat, die werden ja nicht so alt.

    Das verstehe ich beim besten Willen nicht. Die Radial Accelaration Relation/Baryonic Tully-Fisher Relation wird nahezu perfekt von MOND erklärt und zwar einiges besser als mit LCDM. Du sagst aber gerade das Gegenteil. Könntest du erläutern, was du genau meinst?

    Oben im letzten Bild sind NGC 1052-DF2 und DF17 ca. auf gleicher Höhe, sie haben etwa die gleiche Sternenmasse. Die Halomassse unterscheidet sich aber um den Faktor 25 bis knapp 100 laut x-Achse (je nachdem, welchen der drei Punkte man wählt). Bei van Dokkums Arbeit war der Unterschied zwischen 1052-DF2 und DF44 zwar mit Faktor 400 (wenn ich mich recht entsinne) noch größer, aber das Argument bleibt ja bestehen: die gleiche Sternenmasse kann ganz unterschiedliche Halomassen haben, das heißt der Anteil an Dunkler Materie kann variieren. Damit ist Dunkle Materie verschieden von sichtbarer. Bei MOND sollte sich doch bei einer bestimmten Sternenmasse für jeden Radius jeweils die gleiche Orbitalgeschwindigkeit ergeben, die man mit den Kugelhaufen gemessen hat (und die 19 lagen wohl nicht in einer Ebene, das hätten die Spanier angemerkt).

    Zwischen MOND und allgemein relativistischen Gravitationstheorien muss eine Unterscheidung gemacht werden. MOND wäre für so eine relativistische Theorie in etwa wie Newton für die ART. MOND selbst ist keine relativistische Theorie und kann *keine* Aussagen über die Beugung des Lichts machen und kann somit – leider – nicht dadurch getestet werden. Warum aber hier ein Unterschied hätte festgestellt werden müssen, verstehe ich auch nicht.

    Wenn aus der Lichtbeugung in relativ großer Entfernung über die ART die gleiche Galaxienmasse folgt wie aus der Geschwindigkeitsdispersion weiter innen (die über Newton als Spezialfall auch aus der ART folgt), dann ist das ein Beweis für die Richtigkeit der ART im Nah- und Fernfeld der Galaxie. MOND sagt aber doch gerade aus, dass Newton im Fernfeld modifiziert werden muss. Dann hätte eine andere Ablenkung herauskommen müssen oder rückgerechnet aus der beobachteten Ablenkung eine andere Masse.

    Paradigmatisch/dogmatisch ist die Wissenschaft schon, und nach dem bekannten/einflussreichen Wissenschaftsphilosophen Kuhn muss sie es auch sein, um zielstrebig arbeiten zu können.

    Zwar wird es nie letze Sicherheit in der Wissenschaft geben, aber wie flüssige Lava, die mit der Zeit zäher und fester wird, werden die Erkenntnisse der Wissenschaft mit der Zeit immer starrer und es braucht eine Menge Hitze, um sie dann noch aufzuweichen. DM ist schon ziemlich zäh geworden, auch wenn ein paar Leute wie Du oder Sabine Hossenfelder mit dem Brenner daran arbeiten. :-)

  13. #13 Lulu_Cleve
    46509 Xanten
    8. Juli 2018

    Alderamin schrieb: “Bei MOND sollte sich doch bei einer bestimmten Sternenmasse für jeden Radius jeweils die gleiche Orbitalgeschwindigkeit ergeben,….”

    Hallo Alderamin,

    Das ist nicht richtig. Da machst Du die Rechnung ohne den sogenannten “external field effect” bei MOND.

    https://www.astro.umd.edu/~ssm/mond/EFE.html

  14. #14 Alderamin
    8. Juli 2018

    Wieso, von welchen freien Parametern außer der eingeschlossenen baryonischen Masse und dem Radius hängt der EFE denn ab? a0 ergibt sich doch auch aus dem Radius und gext ist konstant, soweit ich das verstanden habe. Gegeben also zwei Galaxien gleicher leuchtender Masse müsste bei gleichem Radius die gleiche Orbitalgeschwindigkeit herauskommen, ausgenommen die Masseverteilung ist extrem verschieden (z.B. Scheibe vs. Kugel). Ein Faktor 100 lässt sich aber selbst mit der Form kaum erklären.

    Der EFE ist ja gerade das, was den Unterschied machen sollte in der Massenbestimmung im Fernfeld (Einsteinring) vs. Nahfeld (Sterne in der Galaxie).

  15. #15 Oliver Müller
    9. Juli 2018

    @Alderamin

    Wieso, von welchen freien Parametern außer der eingeschlossenen baryonischen Masse und dem Radius hängt der EFE denn ab? a0 ergibt sich doch auch aus dem Radius und gext ist konstant, soweit ich das verstanden habe. Gegeben also zwei Galaxien gleicher leuchtender Masse müsste bei gleichem Radius die gleiche Orbitalgeschwindigkeit herauskommen, ausgenommen die Masseverteilung ist extrem verschieden (z.B. Scheibe vs. Kugel). Ein Faktor 100 lässt sich aber selbst mit der Form kaum erklären.

    Der EFE ist ja gerade das, was den Unterschied machen sollte in der Massenbestimmung im Fernfeld (Einsteinring) vs. Nahfeld (Sterne in der Galaxie).

    Nein, der EFE besagt etwas ganz anderes. Dazu muss man verstehen, dass MOND das Äquivalenzprinzip bricht. In einer Newtonschen Gravitation ist die interne Beschleunigung entkoppelt von einer externen Beschleunigung, z.B. das Erde-Mond System von der Milchstrasse oder ein Kugelsternhaufen von einer Galaxie oder eine Zwerggalaxie von einer Spiralgalaxie.

    Ich zitiere aus Famaey & McGaugh (2012), einem Review über MOND.

    In the linear Newtonian dynamics, the
    internal dynamics of a subsystem (a cluster in a galaxy, or a galaxy in a galaxy cluster for instance) in the field of its mother system decouples. Namely, the internal dynamics is always the same independently of any external field (constant across the subsystem) in which the system is embedded (of course, if the external field varies across the subsystem, it manifests itself as tides).

    Das ist das starke Äquivalenzprinzip in Newtonscher Gravitation.

    Aber:

    But MOND has to break this fundamental principle of GR. This is because, as it is an acceleration-based theory, what counts is the total gravitational acceleration with respect to a pre-defined frame (e.g., the CMB frame). The MOND effects are thus only observed in systems where the absolute value of the gravity both internal, g, and external, ge (from a host galaxy, or astrophysical system, or large scale structure), is less than a0 . If ge smaller a0 then we have standard MOND effects. However, if the hierarchy goes as g smaller a0 smaller ge, then the system is purely Newtonian, and if g smaller ge smaller a0 then the system is Newtonian with a renormalised gravitational constant. Ultimately, whenever g falls below ge (which always happens at some point) the gravitational attraction falls again as 1/r2.

    Sprich, nur wenn die externe Beschleunigung hervorgerufen von anderen Objekten viel kleiner ist als die eigene interne Beschleunigung, sind wir im klassischen MOND Regime, in der das, was du sagst, stimmt. Hingegen wenn die externe Beschleunigung sehr stark ist, verhält sich ein System Newtonsch, auch wenn MOND gilt. Also muss man sich in MOND die Nachbarschaft einer Galaxie anschauen. Richtig schwierig wird es, wenn sich intern und extern die Waage halten und etwa die Grössenordnung von a0 haben. Dies wird im Link meines Vorredners sehr schön dargestellt.

    Deshalb, selbst wenn z.B. DF2 bei 20 Mpc liegt, wird sie nicht MOND falsifizieren, da van Dokkum nicht korrekt den EFE berücksichtigt haben.

    Also, das folgende Zitat:

    Gegeben also zwei Galaxien gleicher leuchtender Masse müsste bei gleichem Radius die gleiche Orbitalgeschwindigkeit herauskommen,

    Ist nur korrekt, wenn man im tiefen MOND Regime ist und quasi ein isoliertes System hat. Gerade in Galaxienhaufen, wie es für UDGs ist, sind natürlich die externen Felder sehr stark und das ganze ist nicht so einfach wie für eine isolierte Feldgalaxie.

    Eine Analogie: Nehmen wir die Maxwell Gleichungen (gültig für das Vakuum) und wundern uns, dass sie für Material (z.B. einen Isolator) nicht funktioniert. Lag Maxwell nun falsch mit seinen Gleichungen? Nein, da wurden Äpfel mit Birnen verglichen.

  16. #16 Alderamin
    10. Juli 2018

    Sorry, ich erinnere mich, der EFE sollte ursprünglich von der Nachbargalaxie NGC 1052 verursacht werden. Die liegt aber weiterhin unbestritten bei 20 Mpc. Wenn DF2 bei 13 Mpc liegt, ist diese Nachbarschaft nicht mehr gegeben.

    Gerade in Galaxienhaufen, wie es für UDGs ist, sind natürlich die externen Felder sehr stark und das ganze ist nicht so einfach wie für eine isolierte Feldgalaxie.

    DF17, DF2 und DF44 sind ja alle UDGs, insofern sollten die dann trotzdem bzgl. EFE vergleichbar sein, oder nicht? Warum dann die große Variation des Masse/Leuchtkraft-Verhältnisses? Ich denke immer noch, dass zwar die Position von DF2 als Gegenargument zur DM leicht geschwächt ist, aber grundsätzlich noch gilt. Und beim Einsteinring sollte doch zumindest irgendein Effekt die beiden Massen unterscheiden, EFE hin oder her. Mit EFE ist man ja nicht grundsätzlich Newtonsch unterwegs, sondern partiell, je nach Umgebung.

  17. #17 Oliver Müller
    10. Juli 2018

    Sorry, ich erinnere mich, der EFE sollte ursprünglich von der Nachbargalaxie NGC 1052 verursacht werden. Die liegt aber weiterhin unbestritten bei 20 Mpc. Wenn DF2 bei 13 Mpc liegt, ist diese Nachbarschaft nicht mehr gegeben.

    Wenn DF2 bei 13 Mpc liegt und nicht bei NGC 1052 ist die Galaxie viel kleiner als angenommen und ist eine gewöhnliche Zwerggalaxie bei der eine sehr kleine Geschwindigkeitsdispersion erwartet/vorhanden ist. Dann spielt der EFE keine Rolle (falls sie isoliert ist).

    DF17, DF2 und DF44 sind ja alle UDGs, insofern sollten die dann trotzdem bzgl. EFE vergleichbar sein, oder nicht?

    Die sind so viel ich weiss alle in Galaxienhaufen (im Coma Haufen bei etwa 100 Mpc) und das ist extrem kompliziert, z.B. weisst man durch die Position am Himmel nicht ob eine Galaxie mitten im Haufen oder vielleicht doch ein wenig ausserhalb ist. Solche Haufen sind in der Tiefe etwa 10 Mpc (oder mehr) ausgedehnt. Die Umgebung im Zentrum ist natürlich komplett anders als aussen im Feld. Solange man also nicht weiss, wo sich die Galaxie befinden (z.B. durch direkte Distanzmessung), ist es unmöglich zu sagen, wie sich der EFE genau auswirkt. 5% Genauigkeit bei Distanzmessung ist das Beste, was man messen kann. Bei 100 Mpc wären das also schon +- 5 Mpc, also quasi unmöglich. Es bleibt uns nur übrig, nähere Objekte zu studieren.

    Und beim Einsteinring sollte doch zumindest irgendein Effekt die beiden Massen unterscheiden, EFE hin oder her. Mit EFE ist man ja nicht grundsätzlich Newtonsch unterwegs, sondern partiell, je nach Umgebung.

    Ich sehe das nicht so, aber bin auf Lensing zu wenig bewandert, um da kompetent zu argumentieren.

    Auch aufgepasst bei der letzten Figur: Da wird nur die Masse der Sterne angezeigt, Zwerggalaxien haben aber teilweise mehr Masse in Form von Gas als Sterne, somit ist diese Figur nicht geeignet, zum sagen, die Punkte müssen alle am gleichen Ort liegen bei gleicher Halomasse (so wie du argumentierst). In meinem Blogartikel zu MOND (https://prosaderphysik.wordpress.com/2017/08/18/mond-ein-gesetz-sie-alle-zu-binden-die-herleitung/) zeige ich in der letzten Figur die gleiche Figur, aber die y-Achse enthält Sterne undGas (also die totale baryonische Masse). Auf der x-Achse ist die Halo Masse. Das ist eine quasi perfekte Relation, ohne intrinsische Streuung.

  18. #18 Oliver Müller
    12. Juli 2018

    Und hier noch die Argumentation von van Dokkum: https://www.pietervandokkum.com/ngc1052-df2
    In Kürze, er meint die Sterne, die Trujillo et al. gemessen haben, sind AGB (asymptotic giant branch = asymptotische Riesenast Sterne) und nicht RGB Sterne. AGB Sterne sind intrinsisch heller als die RGB Sterne und wenn man sie verwechselt, misst man eine kleinere Distanz. Z.B. bei einer meiner Galaxien, dw1335-29, sieht man diese Population recht gut in Figur 8 (links): https://arxiv.org/pdf/1803.02406.pdf. Die AGB Sterne sind die hellsten Sterne ganz oben bei etwa 24.2 mag, die RGB Sterne sind bei 24.4 mag und schwächer. Nicht jede Zwerggalaxie hat AGB Sterne, also ist es schwierig, es zu unterscheiden, wenn die Daten nicht tief genug gehen. Es bleibt also wirklich spannend.

  19. #19 Alderamin
    12. Juli 2018

    @Oliver

    Danke für den Link. Zu den Größen und Helligkeiten der Kugelhaufen sowie der Fundamentalebene sagt er leider nicht viel, außer dass die Methoden nicht so genau seien (als wenn SBF das wäre). Es ist ja nicht so, als wenn Trujillo et al. nur die Red-Giant-Branch-Sterne betrachet hätten, sie haben ja 5 verschiedene Methoden angewendet, die “zufällig” konsistent mit der gleichen Entfernung von 13 Mpc sind. Was man bei ungenauen Methoden eher nicht erwarten würde. Und Ockhams Rasiermesser spricht eindeutig gegen übergroße, überhelle Kugelhaufen.

    Na ja, was soll er aber auch anderes sagen.

    Jetzt sollte echt mal jemand mit HST oder VLT nach Cepheiden suchen. Auf eine Ia-Supernova brauchen wir, glaube ich, eher nicht zu warten…

  20. #20 Oliver Müller
    26. Juli 2018

    @Alderamin
    Und hier noch der Fachartikel zum online Kommentar von van Dokkum (https://arxiv.org/pdf/1807.06025.pdf). Für mich ist das sehr überzeugend. Wie ich schon ein paar mal geschrieben habe, die Surface Brightness Fluctuation Methode ist sehr ungewiss, da ist die TRGB bei weiten überlegen. Ockham ist immer eine zweischneidige Klinge und verleitet dazu, zu simple Erklärungen zu suchen.

    Jetzt sollte echt mal jemand mit HST oder VLT nach Cepheiden suchen. Auf eine Ia-Supernova brauchen wir, glaube ich, eher nicht zu warten…

    Cepheiden Typ II, welche für die Distanzmessung benutzt werden, kommen nur in jungen Sternpopulationen vor. Aber DF2 zeigt keine Anzeichen von Sternentstehung, also würde so eine Suche wohl leer ausgehen, da es einfach keine Cepheiden hat. Aber man kann (und wird) noch tiefere Belichtungen mit dem HST machen, um die Sternpopulation eindeutig identifizieren zu können (AGB vs. RGB Sterne) und somit eine eindeutige TRGB Distanz zu bekommen (ich habe mal ausgerechnet, dass es etwa 16 Orbits braucht, van Dokkum et al. hatten zwei zur Verfügung).