Galaxienhaufen MACS J0416.1–2403 im Eridanus. Dem Foto des Hubble Weltraumteleskops ist in Blau die Verteilung der Dunklen Materie überlagert, die sich aus der im Bild gut zu sehenden Verzerrung weiter entfernter Galaxien im Hintergrund ergibt. Bild: NASA, ESA, D. Harvey (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland), R. Massey (Durham University, UK) and HST Frontier Fields, CC BY 4.0.

Wie wir im letzten Artikel gesehen haben, gibt es durchaus Grund zur Annahme, dass 80% der Materie im Universum noch nicht entdeckt sind und wir sie nur anhand ihrer Gravitationswirkung bemerken. Sie beeinflusst nicht nur die Bewegung der Sterne in Galaxien bzw. die der Galaxien in Galaxiengruppen, sondern sie verrät sich auch dadurch, dass sie das Licht entfernter liegender Galaxien ablenkt und deren Bilder verzerrt (siehe Titelbild).

Woraus besteht nun aber die Dunkle Materie?

 

Lauter nette Versuche…

Derzeit ist es einfacher zu sagen, woraus sie nicht besteht: Es kann sich schon einmal nicht um normale baryonische1 Materie handeln, denn dies hätte Auswirkungen auf die Entstehung des Deuteriums, Heliums und Lithiums während der ersten Minuten nach dem Urknall gehabt (primordiale Nukleosynthese, siehe Bild). Deswegen sind frei im All umher treibende, nichtleuchtende Objekte wie Asteroiden, Planeten oder Sternenüberreste (sogenannte Massive Compact Halo Objects oder MACHOs) keine validen Kandidaten. Man hat dies auch unabhängig davon durch Beobachtungen von Gravitations-Mikrolinsen-Ereignissen überprüft; dabei beobachtet man, ob in dichten Sternfeldern das Vorbeiziehen eines unsichtbaren Vordergrundobjekts durch seine Schwerkraft das Licht eines der Sterne im Feld über ein paar Stunden bis Wochen heller werden lässt, weil die Gravitation des Vordergrundobjekts das Licht bündelt. Tatsächlich fand man auf diese Weise ein paar solcher Objekte, aber viel zu wenige, um genug Dunkle Materie damit zusammen zu bekommen.

Abhängigkeit der relativen Mengen von Helium-4, Helium-3, Deuterium und Lithium im Vergleich zum Wasserstoff (100=1) von der Baryonendichte während der Erzeugung der Elemente in den ersten Minuten nach dem Urknall. Das gelb-blaue senkrechte Band gibt den Bereich an, in dem die relativen Häufigkeiten aller 4 Elemente mit der in ursprünglichem Gas gemessenen übereinstimmen. Gelb und Blau unterscheiden die Messungen zweier verschiedener Teams. Die dünne senkrechte Linie rechts gibt die nötige Dichte an, die aus der heute beobachteten Expansion des Weltalls folgt. Die bayronische Materie reicht bei weitem dafür nicht aus. Bild: Schramm & Turner, “Big-Bang Nucleosynthesis Enters the Precision Era”, 7. Juni 1997, arXiv:astro-ph/9706069, gemeinfrei.

Die von den Gravitationswellendetektoren LIGO und VIRGO aufgespürten Verschmelzungen Schwarzer Löcher, die als Überreste vergangener Sterne nach heutigen Theorien zu massiv erscheinen, ließen die Hoffnung aufkommen, dass sogenannte primordiale Schwarze Löcher, die bereits während des Urknalls und vor der Nukleosynthese entstanden sein sollen, in großer Zahl das Weltall bevölkern könnten und somit die Dunkle Materie erklären könnten; deren bedürfte es weniger als planetarer MACHOs, aber auch dies wurde kürzlich durch Beobachtungen weitgehend ausgeschlossen.

Verbleiben noch nichtbaryonische Elementarteilchen. Neutrinos sind Teilchen, die nur über die Gravitation und die Schwache Wechselwirkung mit anderen Teilchen interagieren, eigentlich genau das, was man sucht. Neutrinos sind unglaublich häufig, sie entstehen in großer Menge bei der Kernfusion in der Sonne und durchstoßen auch uns nach widerstandslosem Flug durch die Sonne jede Sekunde zu Milliarden. Unglücklicherweise sind Neutrinos zu leicht, um genug Dunkle Masse zusammen zu bringen (Experimente haben ihre Massen aber auf weniger als 2 eV beschränkt). Diese Masse ist sogar so klein, dass die Neutrinodichte, die nötig wäre, um 100% der Dunklen Materie in Zwerggalaxien zu erklären, die Dichte eines entarteten Fermi-Gases überschreiten müsste [7] – Neutrinos sind Fermionen (Spin 1/2-Teilchen) und müssen deshalb nach dem Pauli-Prinzip verschiedene Energiezustände einnehmen; wir haben schon bei den Weißen Zwergen davon gehört, dass der Entartungsdruck der Elektronen verhindert, dass Weiße Zwerge weiter komprimieren, und die Neutrinos lassen sich in vergleichbarer Weise nicht in so großer Zahl dicht genug zusammenpacken, um bei ihrer geringen Masse die nötige Dichte zur Erklärung der Dunklen Materie aufzubringen. Ein weiterer Grund ist, dass sie zu schnell unterwegs sind, nahe Lichtgeschwindigkeit, um in Galaxien oder Galaxienhaufen gebunden bleiben zu können – sie sind im astronomischen Fachjargon gesprochen zu heiß. Gesucht werden massivere, langsame (kalte) Teilchen der Dunklen Materie.

Also sucht man nach neuen Teilchen, die von verschiedenen physikalischen Theorien oder Hypothesen vorhergesagt werden. Teilchen, die von supersymmetrischen Erweiterungen des Standardmodells (SUSY) vorhergesagt werden, konnten bisher weder am CERN noch in anderen Beschleunigern  aufgespürt werden. Schwach wechselwirkende DM-Teilchen eines großen Masse- und Wirkungsquerschnittsbereichs (siehe nächstes Bild) konnten durch Experimente wie LUX (Large Underground Xenon experiment), einem Teilchendetektor in Süd-Dakota, der in einem mit 260 m³ Wasser abgeschirmten 370-kg-Xenon-Tank 1500 m unter der Erde nach Interaktionen von schwach wechselwirkenden Teilchen (Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs) suchte, ausgeschlossen werden (siehe Bild unten). Die Hoffnung, unterhalb der LUX-Empfindlichkeitsschwelle noch SUSY-Teilchen zu finden, ist zwar noch vorhanden, aber mittlerweile geht man weiter weg von der Laterne, unter deren Licht man den verlorenen Schlüssel sucht, hinein in die Dunkelheit von Kandidatenteilchen, die nicht direkt aufzuspüren sind, z.B. zu den sogenannten sterilen Neutrinos und Axionen, beides keine WIMPs.

Das LUX-Experiment in Süd-Dakota hat die Schwelle für mögliche WIMP-Teilchen 2016 weiter nach unten verschoben. Auf der x-Achse die Teilchenmasse, auf der y-Achse der Wirkungsquerschnitt, d.h. die Fläche, innerhalb der die Teilchen beim Vorbeiflug mit anderen Teilchen über die schwache Wechselwirkung interagieren können (Skala rechts in cm², links in “Zeptobarn”, einer in der Teilchenphysik verbreiteten Einheit für die Fläche). WIMPs oberhalb der schwarzen Linie sind ausgeschlossen; der gelbe Bereich unterhalb ist die 2-σ-Fehlerschwelle der Empfindlichkeit. Die hell- und dunkelgrauen Wolken sind die erwarteten 1- und 2-σ-Zonen für Teilchen des einfachsten SUSY-Modells. Bild: [8], arXiv, gemeinfrei.

Licht, das durch Stahl geht

Axionen sind hypothetische Teilchen, die ein Problem der Quantenchromodynamik (QCD) lösen könnten. Die QCD beschreibt die starke Kernkraft, die zwischen den Quarks innerhalb der Baryonen und Mesonen herrscht. Die Theorie sagt für die Axionen eine Masse in der Größenordnung von Mikroelektronenvolt voraus – selbst die leichten Elektronen haben eine Masse von 511 Kiloelektronenvolt, und die sind wiederum rund 2000mal leichter als das Proton und das Neutron. Es müsste also von Axionen nur so wimmeln, damit sie die Dunkle Materie erklären können, denn dazu müssten sie die Gesamtmasse von Protonen und Neutronen um das Vierfache übertreffen.

Axionen sind der Vorhersage nach nicht wirklich “dunkel”, sondern sie können über Elektromagnetismus mit Photonen interagieren, aber das Signal ist ausgesprochen schwach. Auf der Erde sucht man nach ihnen in Experimenten, in denen sich Laser-Photonen in starken Magnetfeldern in Axionen umwandeln sollen (Primakoff-Effekt), die in dieser Form eine Stahlwand durchdringen können und die durch ein zweites Magnetfeld hinter der Wand wieder in nachweisbares Licht gewandelt werden sollen. Andere Experimente suchen nach relativistischen (energiereichen, schnellen) Axionen aus dem Sonneninneren, die ebenfalls durch ein starkes Magnetfeld in einem dunklen Detektor in nachweisbares Licht umgewandelt werden sollen. Bisher ohne Erfolg.

 

Bringen Neutronensterne Dunkle Materie zum Leuchten?

Eine neue Arbeit [1] schlägt nun vor nach Strahlung von Axionen zu suchen, wo die Magnetfelder viel stärker und ausgedehnter sind als in irdischen Laboren: in der unmittelbaren Umgebung von Neutronensternen. Neutronensterne haben ein starkes Magnetfeld, das immer wieder Elektronen und Protonen von der Oberfläche losreißt2 und den Neutronenstern in ein elektrisch leitendes Plasma hüllt. Im Plasma besteht eine geringere Lichtgeschwindigkeit als im Vakuum (ähnlich wie die Lichtgeschwindigkeit in Luft, Wasser oder Glas geringer ist als die Vakuumlichtgeschwindigkeit). Wenn die Dunkle Materie aus zahllosen kalten (d.h. langsamen) Axionen besteht, dann sollten diese von der Schwerkraft eines Neutronensterns angezogen und beschleunigt werden, bis auf relativistische Geschwindigkeiten. Durch die Beschleunigung nimmt ihre bewegte Masse zu. Bei einem bestimmten Abstand vom Neutronenstern haben sie genau die richtige Masse und Geschwindigkeit, um mit Radiowellen, die das Plasma durchlaufen, in Resonanz zu sein und dies führt den Berechnungen in der Arbeit gemäß zu einer besonders effizienten Umwandlung in Radio-Photonen, die dann alle die gleiche Energie und damit Wellenlänge haben und als schmalbandiges Signal somit leicht aufspürbar sind, ähnlich wie ein künstlicher Radiosender – falls ihr Signal stark genug ist. Und das soll sowohl für nahe gelegene Neutronensterne (ca. < 500 pc ≈ 1500 LJ), die keine Pulsare sind und starke Magnetfelder haben, der Fall sein, als auch für Neutronensterne im Zentrum der Milchstraße oder nahe gelegener Zwerggalaxien, wo die Dichte der Dunklen Materie besonders hoch sein soll und entsprechend mehr Strahlung erzeugt werden müsste. Mit Radioteleskopen wie Arecibo, FAST oder dem im Aufbau befindlichen SKA könnte man laut Berechnungen der Autoren bei rund 100 h (!) Empfangsdauer das Radiosignal von Axionen mit Massen zwischen 0,2 und 40 µeV aus dem Rauschen herausfiltern. Und dieses hätte für Axionen der Dunklen Materie bei allen Neutronensternen die gleiche Frequenz.

Warten wir also ab, was die Suche nach solchen Signalen ergibt.

 

Sterile Neutrinos – die Schlinge zieht sich zu

Das Standardmodell kennt drei Neutrinoarten: Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos. Diese heißen so, weil sie bei Teilchenreaktionen mit Leptonen (Elektronen, Myonen und Tau-Teilchen) zusammen entstehen. Alle Neutrinos sind unerklärlicherweise “Linkshänder”: ihr Spin weist in die umgekehrte Richtung ihrer Ausbreitungsrichtung (während Elektronen problemlos die Spinrichtung um 180° kippen können). Die Neutrinos kennt man seit Anfang der 1960er Jahre, aber erst seit 2002 weiß man, dass die drei Neutrinoarten (auch Flavours – Geschmäcker – genannt) sich permanent ineinander umwandeln, sie oszillieren. Der Mechanismus funktioniert ungefähr so:

Neutrinos haben demnach keine wohldefinierten Massen, sondern jedes Neutrino befindet sich in einer quantenmechanischen Überlagerung aus drei Eigenzuständen der Masse (m1, m2, m3), die sich wellenförmig fortbewegen. Die drei Wellen haben verschiedene Wellenlängen, so dass sich die Wellen an verschiedenen Orten in verschiedener Weise (mit unterschiedlicher Phase) überlagern. Die Mischung aus den drei Eigenzuständen der Masse an einem Ort ergibt immer genau einen der Flavour-Eigenzustände, je nach lokalem Phasenunterschied der Wellen. Man wird also in einer bestimmten Entfernung von einer Elektron-Neutrinoquelle Myon-Neutrinos finden und in einer anderen Entfernung Tau-Neutrinos. Deswegen fand man bei den Neutrinos aus der Sonne zunächst nur ein Drittel der erwarteten Elektron-Neutrinos – der Rest war am Detektor zufällig gerade Myon- oder Tau-Neutrino.

Neutrinooszillation von ursprünglichen Elektron-Neutrinos (schwarz) in Myon- (blau) oder Tau-Neutrinos (rot) nach der Theorie (unter bestimmten Annahmen, siehe Link in der Bildquelle). Auf der y-Achse die Wahrscheinlichkeit für jede Neutrinosorte, sie dort anzutreffen, und auf der x-Achse die Entfernung von der Quelle dividiert durch die Energie der Neutrinos. Bild: Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Wir kennen die Massen der drei Eigenzustände nicht, wir wissen nur die Massendifferenzen und können daraus schließen, dass die Massen der Neutrinos auf jeden Fall kleiner als 2 eV sein müssen. Die Theorie der Neutrinooszillationen besagt jedoch, dass die Abstände Lij, über welche sich der Flavour i in den Flavour j umwandelt, umgekehrt proportional zu den Differenzen der Massenquadrate der Eigenzustände sein müssen: L-1ij ~ m²i – m²j für die Massen-Eigenzustände i, j = 1, 2 oder 3. Genau deswegen können mindestens zwei der Neutrino-Flavours nicht masselos sein (sonst wäre eine Differenz 0) und sie müssen sich somit langsamer als das Licht bewegen (Teilchen mit Ruhemasse können nach der Speziellen Relativitätstheorie nicht so schnell wie das Licht werden). Das Standardmodell der Teilchenphysik sagt jedoch voraus, dass Neutrinos eigentlich masselos sein sollten. Da sie das erwiesenermaßen nicht sind, eröffnen die Neutrinos offenbar die Tür zu neuer Physik.

Das MiniBooNE-Experiment am Fermilab untersucht die Oszillationen anhand einer Myon-Neutrino-Quelle, die sich in 500 m Entfernung von einem Neutrinodetektor für Elektron- und Myon-Neutrinos befindet, der aus einem mit  818 Tonnen Mineralöl gefüllten Tank besteht. Elektron-Neutrinos verursachen bei Kollisionen mit Atomkernen freigesetzte Elektronen während Myon-Neutrinos Myonen erzeugen, die leicht voneinander zu unterscheiden sind. Aus den Häufigkeiten der jeweils nachgewiesenen Neutrinoarten schließen die Forscher auf die Strecke, über die die Wandlung vom Myon-Neutrino zum Elektron-Neutrino stattfindet. Einer gerade veröffentlichten Arbeit [2] nach haben die Autoren am MiniBooNE viel mehr Elektron-Neutrinos gefunden, als zu erwarten gewesen wären, und damit ähnliche Ergebnisse eines Experiments aus den 90er Jahren (LSND) bestätigt, die seitdem nicht reproduziert worden waren; MiniBooNE glaubte sie 2007 sogar widerlegt zu haben.

Eine mögliche Erklärung für das Ergebnis wäre eine vierte Neutrinoart, die nicht direkt nachgewiesen werden kann: die hypothetischen sterilen Neutrinos. Diese heißen so, weil sie unempfindlich für die schwache Wechselwirkung sind – die drei anderen Neutrinos werden demgegenüber als aktive Neutrinos bezeichnet. Würden die sterilen Neutrinos schwach wechselwirken, dann müsste es auch entsprechende Quarks und Leptonen zu ihnen geben, was den Experimenten widerspricht.

Wenn die sterilen Neutrinos (mindestens) einen zusätzlichen Massen-Eigenzustand m4 mit großem Massenquadrat mitbringen, dann könnte die Wandlungsstrecke des Elektron-Neutrinos kürzer sein als ohne diesen Eigenzustand. Einige Theorien, die die geringen Massen der aktiven Neutrinos erklären, sagen in der Tat die Existenz dreier schwerer (1-100 keV), rechtshändiger, steriler Neutrino-Gegenstücke zu den aktiven leichten linkshändigen Neutrinos voraus. Die Massen der aktiven Neutrinos wären demnach klein, während die sterilen Gegenstücke entsprechend groß wären (“Schaukelbrett-” oder “Seesaw-Mechanismus“, engl. seesaw = Wippe).

Sterile Neutrinos könnten beim Urknall in großer Zahl entstanden sein. Bei der Entstehung hatten sie zunächste relativistische Geschwindigkeiten gehabt, waren jedoch im thermischen Gleichgewicht mit der damals noch dichten Materie und wurden von dieser abgebremst. Wie baryonische Materie über die Schwerkraft die Dunkle Materie abbremsen kann, haben wir ja schon im letzten Artikel gelesen: die baryonische wird von der Dunklen mitgezogen und beschleunigt, und kann im Gegensatz zur Dunklen Bewegungsenergie als Wärme abstrahlen und somit abkühlen. Damit kühlt sie aber auch die Dunkle Materie ab, denn die verliert über die gravitative Wechselwirkung mit der baryonischen fortwährend Energie an diese. Bis die Materie sich in Folge der Expansion des Weltalls so stark verdünnt hatte, dass mit dem Abstand der Teilchen die gravitative Wechselwirkung immer geringer wurde und sich die Temperaturen von baryonischer und Dunkler Materie schließlich entkoppelten. Es könnte sein, dass die Entkopplung bei einer Temperatur erfolgte, die die sterilen Neutrinos als “warme” Dunkle Materie zurück ließ, als Teilchen, die immer noch schnell unterwegs sind, aber weniger schnell als die Fluchtgeschwindigkeit von Galaxien und Galaxienhaufen.

Die Theorie besagt weiterhin, dass die sterilen Neutrinos nicht ewig stabil sein sollten, sondern mit einer Halbwertszeit, die zwar sehr viel größer als die Lebensdauer des Universums sein kann, aber eben dennoch begrenzt ist, zerfallen sollten und dabei Röntgenstrahlung entstehen sollte. Das heißt natürlich, dass einige Teilchen auch heute schon zerfallen würden und man ihre Strahlung nachweisen können sollte. 2014 beobachteten mehrere Teams [3] mit Weltraum-Röntgenteleskopen (Chandra, XMM-Newton, NuStar, Suzaku) Strahlung von 3,55 keV aus Richtung der Andromeda-Galaxie, aus verschiedenen Galaxienhaufen und dem Zentrum der Milchstraße, die auf den Zerfall eines sterilen Neutrinos von 7,1 keV Masse hindeuten könnten. Zusammen mit den jüngsten MiniBooNE-Beobachtungen könnte dies darauf hindeuten, dass es sterile Neutrinos gibt und diese zumindest einen Teil der Dunklen Materie bilden könnten.

Viele Konjunktive. Vielleicht kann die Frage nach der Natur der Dunklen Materie mit weiteren Beobachtungen schon bald geklärt werden.

 

Referenzen und Quellen

[1] Anson Hook, Yonatan Kahn et al., “Radio Signals from Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres“, Physical Review Letters, 121, 241102, 13. Dezember 2018.

[2] MiniBooNE Collaboration, “Significant Excess of ElectronLike Events in the MiniBooNE Short-Baseline Neutrino Experiment“, Physical Review Letters 121, 221801, 26.11.2018; arXiv:1805.12028.

[3] F. Hofmann, J. S. Sanders et al., “7.1 keV sterile neutrino constraints from X-ray observations of 33 clusters of galaxies with Chandra ACIS“, Astronomy & Astrophysics, Volume 592, August 2016 ; arXiv:1606:04091.

[4] Chris Lee, “Pulsars could convert dark matter into something we could see“, Ars Technica, 20.12.2018.

[5] Joachim Kopp, “Viewpoint: The Plot Thickens for a Fourth Neutrino“, APS Physics, 26.11.2018.

[6] A Boyarsky, M. Drewes et al., “Sterile Neutrino Dark Matter“, Progress in Particle and Nuclear Physics, Januar 2019; arXiv: 1807.07938.

[7] Daniel Schwartländer, “Dunkle Materie II: Non-WIMP Dark Matter“, Seminar, Uni-Münster, 08.01.2014.

[8] D.S. Akerib, S. Alsum,”Results from a search for dark matter in the complete LUX exposure“, Physical Review Letters 118, 021303, 11. Januar 2017; arXiv:1608.07648.

1 Baryonen sind Teilchen, die aus 3 Quarks bestehen, z.B. Proton und Neutron, aus denen wiederum die Atomkerne zusammengesetzt sind.

2 Ein Neutronenstern besteht nicht nur aus Neutronen, sondern hat eine Kruste aus Wasserstoff und Helium; erst darunter ist der Druck so groß, dass die Elektronen in die Protonen gedrückt werden und diese zu Neutronen mutieren.

Kommentare (27)

  1. #1 Karl-Heinz
    13. Januar 2019

    @Alderamin

    Es könnte sein, dass die Entkopplung bei einer Temperatur erfolgte, die die sterilen Neutrinos als “warme” Dunkle Materie zurück ließ, als Teilchen, die immer noch schnell unterwegs sind, aber weniger schnell als die Fluchtgeschwindigkeit von Galaxien und Galaxienhaufen.

    Wie würde in diesem Fall die Dichteverteilung der DM aussehen? Wäre die Dichteverteilung statisch, dynamisch oder oszillierend?

  2. #2 Alderamin
    13. Januar 2019

    @Karl-Heinz

    Statisch, nur weniger dicht gepackt im Kern, denke ich. Wie heißes Gas.

  3. #3 Karl-Heinz
    13. Januar 2019

    @Alderamin

    Danke für die Antwort. Mir ist nur so ein Gedanke durch den Kopf geschossen. Kann DM untereinander wechselwirken, abgesehen von der gravitativen Wechselwirkung? Haben die Teilchen der DM eine mittlere freie Weglänge? Kann man mit den Teilchen der DM Billard spielen.

  4. #4 Alderamin
    13. Januar 2019

    @Karl-Heinz

    Kann DM untereinander wechselwirken, abgesehen von der gravitativen Wechselwirkung?

    Sterile Neutrinos sind wohl Majorana-Fermionen, die ihre eigenen Antiteilchen sind. Sie könnten sich also paarvernichten.

    Haben die Teilchen der DM eine mittlere freie Weglänge?

    Sicherlich, aber der Wirkungsquerschnitt wird wohl noch viel kleiner sein, als für die aktiven Neutrino, und die haben schon eine freie Weglänge von Lichtjahren – in Blei…

    Kann man mit den Teilchen der DM Billard spielen.

    Mit obigem: Nein. Nur Ladykracher.

  5. #5 Karl Mistelberger
    13. Januar 2019

    Since dark matter does not absorb light, a more adequate name would have been transparent matter.

    https://www.ippp.dur.ac.uk/~dcerdeno/Dark_Matter_Lab_files/DM.pdf

    Ansonsten geht fast alles.

  6. #6 Karl-Heinz
    13. Januar 2019

    @Alderamin und Karl Mistelberger

    Danke für die Antworten.

    Ich wollte schon eine Kugel in einen Potentialtopf werfen um die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Kugel zu ermitteln, um von dieser auf die Dichtefunktion zu kommen. Ob ich anschließend mit dem Ergebnis zufrieden gewesen wäre, ist eine andere Frage. 😉

  7. #7 Luk
    14. Januar 2019

    danke für den interessanten artikel
    (dennoch kleine korrektur: elektronen haben 511 kilo-eV und nicht Mega-eV)

  8. #8 Karl-Heinz
    14. Januar 2019

    @Alderamin

    Haben dunkle Materie Halos auch einen Drehimpuls?

  9. #9 Alderamin
    14. Januar 2019

    @Luk

    dennoch kleine korrektur: elektronen haben 511 kilo-eV und nicht Mega-eV

    Stimmt, danke.

  10. #10 Alderamin
    14. Januar 2019

    @Karl-Heinz

    Haben dunkle Materie Halos auch einen Drehimpuls?

    Davon ist auszugehen. Halos können abgeflacht sein.

  11. #11 Karl-Heinz
    14. Januar 2019

    Ich hätte da den vorangegangenen Artikel lesen sollen. Dort werden ja eh Dichteprofile der Dunklen Materie in Zwerggalaxien gezeigt.

    Des weiteren habe ich auch noch nie darüber nachgedacht, wie ein System, in welchem Energie nicht durch Teilchenkollisionen ausgetauscht werden kann (Dunkle Materie), in einen stabilen Gleichgewichtszustand gelangen kann.

    @Alderamin
    Auf jeden Fall nochmals vielen Dank für deine Artikeln. Sie sind eine Quelle der Inspirationen. 😉

  12. #12 Günter von Quast
    Eggenstein-Leopoldshafen
    15. Januar 2019

    Trotz über zehn kostspieligen Forschungsvorhaben in den letzten zwanzig Jahren ist bisher keine Dunkle Materie gemäß den Standard- Theorien gefunden worden. Das geben die Wissenschaftler auch ehrlich zu. Wenn das so ist, dann gibt es diese postulierte Dunkle Materie nicht. Dunkle Materie soll extrem stark gravitativ wirken und die Sterne in ihren Bewegungen innerhalb der Galaxien und Galaxienschweife gravitativ beeinflussen. Dafür wurde bisher aus der Wissenschaft keine Erklärung geliefert, wie das im Einzelnen gravitativ funktionieren soll. Astronomisch wurde auch nichts gesichtet, was die Materie entsprechend beeinflussen könnte. Wer sich aber die inzwischen sehr guten Bilder der Galaxien ansieht und logisch nachdenkt dann wird er feststellen, das Modell mit der Dunklen Materie ist vollkommen überflüssig und unlogisch. Diese verschiedensten Formen und Verdrehungen und Abweichungen von der Spiralform ergeben ein anderes Bild. Hier sind Strömungen in dem Energiefeld der Raum-Energie am Werk, die diese Formen der Galaxie bestimmen und die Materie entsprechend in die verschiedensten Richtungen beschleunigen. Das gilt auch für die Bewegung von Galaxienhaufen und deren Versammlung und Strömung zwischen den Voids in den Fillamenten. Gemäß der Energiefeld-Theorie entsteht die sichtbar Materie in den Zentren der Galaxien, dem Weißen Loch. Das Feld der Raum-Energie strömt mit hoher Geschwindigkeit durch diese Zentren als Strudelsystem und kondensiert zu den Quarks durch Unterdruck- Kondensation. Auch die Quarks sind in sich Strudelsysteme als Torkado- Strudel und können sich zu den Nukleonen, den Protonen, Neutronen und den Elektronen feldmäßig zusammenschließen. Elementarteilchen sind rotierende Felder, die in Wechselwirkung mit dem Feld der Raum-Energie auch ihre Ladung erhalten, je nach Drehrichtung gepolt. Wenn ein Elektron aus drei Down-Quarks als Toroid- Strudel linksdrehend entsteht, dann entsteht auch ein linksdrehendes Neutrino. Das Elektron schrumpft zu einem kleinen Elementarteilchen zusammen und gibt damit Energie frei, das ist das Neutrino. Das Neutrino ist ein kurzer Strahlungsimpuls mit der Frequenz der Gamma- Strahlung als links rotierender Pointing- Vektor und wird somit mit der bekannten Lichtgeschwindigkeit abgestrahlt (Korkenzieher- Form). Neutrinos haben mit der Baryonischen Materie fast keine Wechselwirkung, weil der Strahlungsimpuls die Atome nicht in Resonanz- Schwingungen versetzen kann und durchdringt sogar den Planeten Erde ohne gravitative Rückwirkung. Nur bei der seltenen zentralen Kollision des Neutrinos mit einem Elementarteilchen gibt es in den Detektor- Medien die Tscherenkow- Strahlung des beschleunigten Elementarteilchens. Mit Lichtgeschwindigkeit bewegte „Teichen“ als Neutrinos können doch nicht gravitativ wirken, wo bleibt da der Verstand? Das alles ist bekannt und man muss sich wundern, warum von der Wissenschaft immer noch nach dem Nachweis für die Dunkle Materie, jetzt mal als Neutrale Neutrinos oder sonstig interagierenden und oszillierenden Myon- und Tau- Neutrinos als letzter Rettungsanker gesucht wird. Warum sucht man nicht nach Gravitonen, das wäre doch auch aussichtsreich.

  13. #13 Bernold Feuerstein
    Heidelberg
    15. Januar 2019

    Ich frage mich, warum die neueren (und genaueren) Ergebnisse von XENON1T nicht erwähnt werden:
    https://science.purdue.edu/xenon1t/?p=1106

  14. #14 Karl-Heinz
    15. Januar 2019

    @Günter von Quast

    Also ich bevorzuge lieber die Dunkle Materie, als dein abstruse Theorie, bei der mir die Haare zu Berge stehen. 😉

  15. #15 Captain E.
    15. Januar 2019

    @Günter von Quast:

    Sie glauben also, dass die Physiker keine Ahnung von Physik haben, oder? Viel wahrscheinlicher ist es aber doch, dass Sie es sind, der keine Ahnung hat.

    Wie kommen Sie beispielweise darauf, dass aus der Tatsache, dass “gemäß den Standard- Theorien” keine Dunkle Materie gefunden wurde, zu schließen wäre, es könne sie nicht geben? Die drei bekannten Neutrinoarten sind Teil des Standardmodells, gehen aber darüber hinaus, da ihre Ruhemasse laut Standardmodell Null sein müsste, was aber nicht der Fall ist. Da geht es also irgendwie noch weiter. Oder wie kommen Sie darauf, dass Dunkle Materie extrem stark gravitativ wirken müsste? Von “extrem stark” war nie die Rede.

    Ihre Verdrehungen existieren in der Form nur in Ihrem Kopf. Was soll etwa ein “Weißes Loch” sein? Darüber wurde zwar spekuliert, aber geben tut es es sie vermutlich nicht, geschweige denn, man hätte schon eines nachweisen können.

    Sie vermuten weiterhin, dass Quarks sich zu Elektronen zusammenschließen könnten. Nach aktuellem Stand der Wissenschaft sind aber Quarks und Elektronen Elementarteilchen. Die können zwar in andere Teilchen umgewandelt werden, weil jedwede Materie sowieso nur eine spezielle Form der Energie ist, aber das haben Sie vermutlich nicht gemeint.

    Neutrinos haben übrigens mit Gamma- oder irgendeiner anderen elektromagnetischer Strahlung nichts zu tun.

    Sie fragen nach dem Verstand bzgl. sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegenden Neutrinos, die daher nicht gravitativ wirken könnten. Erstens: Wieso nicht? Zweitens: Neutrinos sind sehr schnell, aber eben langsamer als lichtschnell. Das alles ist bekannt.

    Nach Gravitonen wird übrigens durchaus gesucht, nur ist das alles andere als aussichtsreich. Die benötigten Energien zum Nachweis von Gravitonen, wenn es sie denn tatsächlich gibt, liegen vermutlich weit jenseits unserer Möglichkeiten

  16. #16 Alderamin
    15. Januar 2019

    @Bernold Feuerstein

    Ich frage mich, warum die neueren (und genaueren) Ergebnisse von XENON1T nicht erwähnt werden

    Kannte ich noch nicht, danke. Die Linie liegt also noch ein bisschen tiefer.

  17. #17 wolfgang fubel
    15. Januar 2019

    Die Einzige Dunkle Materie die ich kenne, ist die
    in den Köpfen einiger Zeitgenossen!!

  18. #18 Alderamin
    15. Januar 2019

    @wolfgang fubel

    Da ist was dran. Aber man kann ja dazu lernen und Licht ins Dunkle bringen. 😉

  19. #19 flow
    "Woraus besteht nun aber die Dunkle Materie?"
    15. Januar 2019

    Mein Tip ist “Es gibt keine dunkle Materie”

    Wo Rauch ist, ist auch ein Feuer. Muss nicht sein.
    Wo (Elektromagnetische) Wellen sind, gibt es auch ein Medium. Falsch, es gibt keinen Äther.

    Wer sagt denn dass es zu jedem Gravitationsfeld auch Materie geben muss ?

  20. #20 Alderamin
    15. Januar 2019

    @flow

    Mein Tip ist “Es gibt keine dunkle Materie”

    Dann wäre aber die ART falsch, und die hat bisher noch niemand widerlegt. Siehe auch den Artikel zuvor: was verursacht die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Sterne und des Gases im Kern zweier ansonsten vollkommen gleich aussehender Galaxien? Wo ist der Unterschied?

    Wer sagt denn dass es zu jedem Gravitationsfeld auch Materie geben muss ?

    Die Allgemeine Relativitätstheorie. Nicht ganz, die erlaubt auch Druck- und Scherspannungen und natürlich Energie als Quellen von Schwerkraft. Aber dann muss man deren Ursachen wiederum erklären. Wo nichts ist, drückt und schert auch nichts.

    Es haben sich schon sehr viele, sehr schlaue Leute einen Kopf darüber gemacht, was die Quelle der Gravitation der Dunklen Materie sein könnte, und bis jetzt ist die Annahme eines noch nicht nachgewiesenen Partikels die einfachste, die alles von der Entstehung des Heliums beim Urknall über die Strukturbildung im Universum, das Alter des Universums bis zur Bewegung der Galaxien und der Sterne darin am besten erklärt. Es hatte bisher niemand eine Idee, die das alles mit weniger Zusatzannahmen (wenn überhaupt) erklären kann.

  21. #21 wolfgang fubel
    17. Januar 2019

    Unsere “Intelligenz” reicht nicht aus um jemals dieses große Mysterium je erfassen zu können! Unsere sehr begrenzte Wahrnehmungsfähigkeit verleitet Uns immer wieder zu falschen Schlußfolgerungen! Die größten Ignoranten dieser Tatsache finden sich unter Unseren “Wissenschaftlern” in Ihrer Arroganten, Selbstgefälligen
    und Überheblichen Art fällt es Ihnen schwehr jemals einen Irrtum zu zu geben!
    Sie sollten sich mehr um die Dunkle Materie in Ihren Köpfen gedanken machen, als Uns mit Ihren Geistigen Ergüssen beglücken zu wollen!
    Und Sie sollten Sich mehr um das Hier und Jetzt kümmern, da giebt es jede Menge zu tun. Vieleicht kommt dann Ihre Geistige Erleuchtung!?

  22. #22 Alderamin
    17. Januar 2019

    @wolfgang fubel

    Viele Ausrufezeichen, Wissenschaftler in Anführungszeichen und außer Beleidigungen kein Argument und keine Ahnung (Wissenschaftler kümmern sich beispielsweise um das Klima, nur interessiert das viele nicht und andere nehmen es nicht ernst; warum wirft eigentlich beispielsweise den Fußballern niemand vor, dass sie sich nicht um die Probleme der Welt kümmern, die hätten wenigstens Geld).

    Geh’ am besten woanders spielen.

  23. #23 wolfgang Fubel
    17. Januar 2019

    Alderamin
    Wen sollte ich denn beleidigt haben??
    Wenn Du etwas Glauben willst dann geh in die Kirche!
    “Wissenschaftler kümmern sich um das Klima” Der Witz des Tages! Auch da ist mehr Glauben als Wissen vorhanden!
    Die Probleme und Zustände dieser Welt haben Wir ausschließlich diesen Intelligenz Bestien zu verdanken
    Ein Einfacher Fußballspieler kann garnicht so schlecht denken, wie die” Geistige Elite” handelt!

    Dein Spielfeld ist ein Wissenschaftlicher Müllplatz.mit sehr wenig Substanz.

  24. #24 Alderamin
    17. Januar 2019

    @wolfgang Fubel

    Und tschüß!

  25. #25 Karl-Heinz
    2. März 2019
  26. #26 Alderamin
    2. März 2019

    @Karl-Heinz

    Bin gespannt, was Frau Hossenfelder dazu sagt…

  27. #27 Karl-Heinz
    Graz
    2. März 2019

    @Alderamin

    Hoffentlich sagt die Sabine nicht: Obelix hat Recht – “Die spinnen, die Österreicher!” 😉