Kosmische Kollisionen sind cool! Zumindest dann, wenn wir selbst nicht betroffen sind 😉 Das ist bei dem kürzlich untersuchten Zusammenstoß in mehr als 4 3.5 Milliarden Lichtjahren Entfernung definitiv der Fall und so können wir das Ereignis nutzen, um jede Menge interessante Dinge herauszufinden. Da sind nämlich gleich vier Galaxienhaufen ineinander gekracht!

Das ist die Gegend um die es geht: der Galaxienhaufen Abell 2744 (weil er so viele interessante Dinge enthält, wurde er auch “Pandora’s Cluster” getauft – aber “Pandoras Haufen” klingt in deutsch irgendwie seltsam, also bleibe ich lieber bei der normalen Bezeichnung):

i-7e7190410965236f411315d06453d19d-abell2744-thumb-500x500.jpg

Das Bild wurde mit dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte ESO aufgenommen. So gut wie jeder helle Punkt, denn man auf diesem Bild sehen kann, ist eine Galaxie. Das Bild schaut an sich schon ziemlich cool aus – aber noch cooler ist das, was man nicht direkt sehen kann.

Denn um herauszufinden, wie der Galaxienhaufen entstanden ist muss man seine einzelnen Bestandteile genau analysieren. So ein Galaxienhaufen besteht aber nicht nur aus leuchtenden Galaxien. Die machen nur etwa 5 Prozent der Gesamtmasse aus. Da ist auch noch jede Menge Gas, das sich im Raum dazwischen befindet. Im sichtbaren Licht kann man das nicht sehen; mit Hubble oder dem VLT wird man hier also keinen Erfolg haben. Aber es gibt ja auch noch Chandra! Das Röntgenteleskop der NASA im Weltraum kann das heiße Gas gut detektieren und deswegen hat man es auch hier eingesetzt. Das Gas trug 20% zur Gesamtmasse des Haufens bei. Und die restlichen 75 Prozent? Die sind dunkle Materie.

Diese Form der Materie wechselwirkt nicht elektromagnetischer Strahlung, das heisst sie sendet kein Licht aus und reflektiert auch keines. Sie ist unsichtbar – aber das bedeutet nicht, dass wir überhaupt nichts über sie wissen können. Dunkle Materie wird nämlich – so wie die normale Materie auch – immer noch von der Gravitation beeinflusst bzw. beeinflusst die Materie um sich herum. So hat man sie ja auch erst entdeckt; man kann beobachten, dass sich Sterne und Galaxien nicht so bewegen, wie sie es tun sollten sondern so, als wäre da noch mehr Materie als wir sehen können. Diesen gravitativen Einfluss der dunklen Materie hat man auch bei Abell 2744 ausgenutzt um sie “sichtbar” zu machen. Man hat nach sogenannten “Gravitationslinsen” gesucht. Denn Albert Einstein erklärt in seiner allgemeinen Relativitätstheorie dass große Massen Licht beugen können, genauso wie es normale optischen Linsen aus Glas machen. Das führt dazu, dass man oft mehrere Bilder der selben Galaxie sehen kann, und wenn man nun schaut wo sich die Bilder befinden und wie stark sie verzerrt sind, kann man berechnen wo sich die Masse, die das alles verursacht, befindet. Das zu tun ist ein wenig aufwendig, aber die Forscher um Julian Merten vom Institut für theoretische Physik in Heidelberg haben das getan und konnten so am Ende auch die Verteilung der dunklen Materie aufzeichnen. So sieht das dann aus:

i-5a6cfe2790e9527b50c685fc5398de1b-abell2744-2-thumb-500x500.jpg

Das Hintergrundbild ist identisch mit dem von vorhin. Überlagert sieht man nun in rosa die Beobachtungsdaten von Chandra; also die Regionen wo sich das intergalaktische Gas befindet. Und blau zeigt an, wo sich die dunkle Materie befindet. Eine detaillierte Analyse der Verteilung der verschiedenen Komponenten hat nun gezeigt, dass sie deutlich komplexer ist, als man es gewöhnt war. Man geht davon aus, dass hier gleich vier Galaxienhaufen ineinander gekracht sind, um Abell 2744 zu bilden. Ok, es war keine Kollision wie im Strassenverkehr; der ganze Prozess hat etwa 350 Millionen Jahre gedauert… aber trotzdem: ein gewaltiges Ereignis! So in etwa könnte das abgelaufen sein (wieder ist rot das Gas und blau die dunkle Materie):

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Coole Sache!

P.S. Schön, dass die ESO jetzt auch “Pressemitteilungen” für Kinder herausgibt 😉

Kommentare (60)

  1. #1 tauss
    28. Juni 2011

    Interessanter Beitrag. Auch für Laien verständlich. Dass man für eine Kollision etwas länger Zeit hat, wäre natürlich auch im Straßenverkehr wünschenswert 😉

  2. #2 Jazz_thang
    28. Juni 2011

    “Das ist bei dem kürzlich untersuchten Zusammenstoß in 3.5 Milliarden Lichtjahre Entfernung…”

    krass das hat mich erstaunt, so weit kann man “sehen” und Ausreden muss das dann ja auch schon 3.5 Milliarden Jahre her sein…

  3. #3 Jazz_thang
    28. Juni 2011

    “Das ist bei dem kürzlich untersuchten Zusammenstoß in 3.5 Milliarden Lichtjahre Entfernung…”

    krass das hat mich erstaunt, so weit kann man “sehen”! und außerdem muss das dann ja auch schon 3.5 Milliarden Jahre her sein…

  4. #4 Noblinski
    28. Juni 2011

    Wie jedes Mal bin ich auch hier wieder verblüfft darüber, daß sich die Dunkle Materie nicht dort befindet, wo auch die sichtbare in Erscheinung tritt. Was den Mysteriumsfaktor der Geschichte erhöht.

  5. #5 Alderamin
    28. Juni 2011

    @Noblinski

    Der Witz ist der, dass das Gas auch elektromagnetisch wechselwirkt. Wenn Du mit dem Finger auf den Tisch drückst, dann stoßen sich die Elektronen des Tisches von denen im Finger aufgrund ihrer gleichartigen Ladung ab.Das ist der Widerstand, den Du spürst. So ähnlich prallen die Gaswolken ineinander und bremsen sich gegenseitig ab.

    Die Dunkle Materie wechselwirkt hingegen nur per Gravitation. Wenn Du einen Klumpen davon auf den Tisch fallen lassen würdest, dann würde er glatt durchgehen, weil er die Kraft der Elektronen nicht spürt (jedenfalls im wesentlichen, bis auf eine geringe angenommene Schwache Wechselwirkung). Genau so fliegt die dunkle Materie hier trotz der Kollision erst mal weiter.

    So ungefähr funktioniert der Prozess, siehe auch den Bullet-Cluster.

  6. #6 Bullet
    28. Juni 2011

    Ja bitte? *g*

  7. #7 Alderamin
    28. Juni 2011

    @Bullet

    Hatte gleich an Dich gedacht. Ich frag’ jetzt aber nicht nach Deiner Dunklen Materie :-)

  8. #8 Bullet
    28. Juni 2011

    Besser is’.

    Topic: ich find diese Animationen immer so saucool. Wie diese Animation letztens, die zeigt, wie sich die Galaxienhaufen aus dem Chaos der Expansion herauskondensiert haben… 3D-Beamer und großes Wohnzimmer bitte …

  9. #9 o*l*f
    28. Juni 2011

    Ich neheme an @bullet ist ein Einzelstück. Den gibts nicht haufenweise :-)
    (engl. cluster „Traube, Bündel, Schwarm, Haufen“)

    Man geht davon aus, dass hier gleich vier Galaxienhaufen ineinander gekracht sind, um Abell 2744 zu bilden. Ok, es war keine Kollision wie im Strassenverkehr;

    Ein gutes Bild sind Mückenschwärme die kollidieren. Da kracht keine Mücke mit einer anderen direkt zusammen.

  10. #10 Ralph Ulrich
    28. Juni 2011

    Ich glaube zwar prinzipiell, dass wir uns der Interpretation von Beobachtungsdaten nicht wirkliche sicher sein können, solange wir nicht wissen, was “dunkle Materie” ist, aber:

    Wenn man der Animation mit ihren verschieden farbigen Schwerpunkten glaubt in ihrer Interpretation der Wirklichkeit, dann muss ich zugestehen:

    “Dunkle Materie” lässt sich nicht mit “dunkler Energie” verrechnen und einfach wegkürzen, wie ich vorgeschlagen hatte!

  11. #11 Bjoern
    28. Juni 2011

    Gibt’s dazu schon Kommentare von den MOND-Leuten? Es wird ja behauptet, dass MOND (bzw. komplizierte Abwandlungen davon) die Beobachtungsergebnisse beim Bullet-Cluster (nein, Bullet, diesmal bist du nicht gemeint! 😉 ) erklären könnte. Hier sieht’s aber doch noch mal deutlich komplizierter aus…

  12. #12 Bjoern
    28. Juni 2011

    @Jazz_thang:

    krass das hat mich erstaunt, so weit kann man “sehen”! und außerdem muss das dann ja auch schon 3.5 Milliarden Jahre her sein…

    Nein, das ist ein Denkfehler. Wenn etwas jetzt 3,5 Milliarden Lichtjahre von uns weg ist, dann heißt das nicht, dass das Licht von diesem Objekt zu uns 3,5 Milliarden Jahre gebraucht hat – tatsächlich hat es sogar kürzer gebraucht…

    Die 3,5 Milliarden Lichtjahre, die Florian oben angegeben hat, stimmen schlichtweg nicht – es ist zwar so, dass das Licht von diesem Cluster zu uns tatsächlich 3,5 Milliarden Jahre gebraucht hat, aber jetzt hat der Cluster eine Entfernung von schon 4 Milliarden Lichtjahren zu uns!

    Das widerspricht übrigens in keinster Weise der Lichtgeschwindigkeit als oberer Grenze… Du musst berücksichtigen, dass ja nicht nur das Licht sich auf uns zu bewegt, sondern gleichzeitig auch der Cluster sich von uns wegbewegt (wegen der Ausdehnung des Universums); auch wenn das Licht effektiv nur 3,5 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt hat, bis es uns erreicht hat, ist der Cluster deswegen trotzdem jetzt weiter von uns weg als 3,5 Milliarden Lichtjahre.

    Deswegen können wir übrigens auch nicht nur bis in eine Entfernung von 13,7 Milliarden Lichtjahren schauen (obwohl das Universum erst 13,7 Milliarden Jahre alt ist), sondern bis in eine Entfernung von 45 Milliarden Lichtjahren. Optische Beobachtungen dazu gibt’s zwar nicht, aber z. B. die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die wir beobachten, stammt in etwa aus dieser Entfernung.

  13. #13 Bjoern
    28. Juni 2011

    @Florian: Die Entfernung von 3,5 Milliarden Lichtjahren stimmt so nicht (hast du wahrscheinlich aus der Pressemitteilung übernommen? da steht’s ja praktisch immer falsch drin); tatsächlich ist das nur die “light travel time distance”. Die tatsächliche Entfernung (und soweit ich mich erinnere, hattest du bei kosmologischen Themen bisher eigentlich immer die letztere angegeben) ist knapp 4 Milliarden Lichtjahre.

    Auf der Seite der ESO (beim Bild verlinkt) ist die Rotverschiebung z = 0,308 angegeben; gibt man das in Wrights “Cosmology Calculator” ein, so erhält man:
    The light travel time was 3.465 Gyr.
    The comoving radial distance … is 3.962 Gly.
    http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html

  14. #14 Florian Freistetter
    28. Juni 2011

    @Bjoern: Ja, du hast Recht. K.A. wo ich die 3.5 Mill. LJ her hatte. Das hat ein z=0.308 und das sind mehr als 4 Mill. LJ.

  15. #15 Bjoern
    28. Juni 2011

    @Florian:

    K.A. wo ich die 3.5 Mill. LJ her hatte.

    Vielleicht von Bad Astronomy? (Phil Plait gibt nämlich auch immer die “light travel time distance” an, obwohl ich in den Kommentaren schon mehrfach darauf hingewiesen hatte, dass das eher irreführend ist) Oder schlicht aus der Pressemitteilung? (da steht’s auch praktisch immer falsch drin)

    Auch interessant dazu (für dich wohl nicht, aber vielleicht für andere Mitleser hier):
    http://www.astro.ucla.edu/~wright/Dltt_is_Dumb.html

  16. #16 Ralph Ulrich
    28. Juni 2011

    Ich habe endlich die Theorie gefunden, die am ehesten meinen Ideen entspricht (sogar ziemlich genau in Punkto aufreisserischer Raum in den Voids – weiter unten auf der Seite), es gibt keine deutsche Seite dazu, ein Ausschnitt:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_fluid
    “Dark fluid even goes one step beyond the standpoint of the generally covariant modified theories of gravity. It hypothesizes that the fabric of space acts much like a fluid. So Dark Fluid currently provides a general and powerful model for altering the dynamics of the space-time manifold. In this theory, space would flow, coagulate, compress, or expand just like any other fluid. The idea is that when space is in the presence of matter, it slows down and coagulates around it; this then attracts more space to coagulate around it, thus amplifying the force of gravity near it. This description is similar to theories of gravitational back-reaction. The effect is always present, but only becomes noticeable in the presence of a really large mass such as a galaxy. If this effect sounds very much like a description of Dark Matter, then that’s not a coincidence, as a special case of the equations of Dark Fluid reproduces Dark Matter. But the theory of Dark Fluid does not hold that actual particles of Dark Matter exist, but rather that this is just an illusionary effect of space bunching up on itself.”

    Unten auf der Seite taucht dann “MOND” auf. Aber die Frage ist, ob solche Ansätze tatsächlich auch kompliziertere Abläufe, wie die von der Animation erklären können?!?

  17. #17 Alderamin
    28. Juni 2011

    @Ralph Ulrich

    Aber die Frage ist, ob solche Ansätze tatsächlich auch kompliziertere Abläufe, wie die von der Animation erklären können?!?

    Natürlich nicht, weil die Animation doch von der Existenz dunkler Materie ausgeht und dann durchrechnet, was passieren würde. Die Frage ist vielmehr, ob die Animation den tatsächlich abgelaufenen Vorgang korrekt darstellt, oder aber z.B. diese seltsame Dark-Fluid-Idee. Bei der Animation kommt zumindest offenbar das gewünschte Ergebnis heraus, das spricht schon mal für das zu Grunde liegende Modell (und wird beim Bullet-Cluster als Beweis für die Dunkle Materie betrachtet).

    Ob der flüssige Raum hingegen auch weiterfließen würde und lokal Gravitation anhäufen, wenn die Masse stehen bliebe, scheint eher weniger sinnvoll, aber das beobachtete Endergebnis würde das nahe legen. Dann wäre das Fließen ja träge und würde den Gravitationsschwerpunkt einer Masse gegen den Massenmittelpunkt verschieben. Dann würden die Planetenbahnen bestimmt anders verlaufen, als sie es tun, die Trägheit war ja auch eines der Probleme, warum Newtons Gravitationsgesetz nicht mit einer endlichen Geschwindigkeit der Gravitation kompatibel ist. Ich denke mal, das Dark Fluid wird deshalb nicht träge sein dürfen, dann erklärt es aber das am Ende des Videos gezeigte Bild nicht.

  18. #18 tubbs
    28. Juni 2011

    ich habe jetzt die wahrheit über diesen blog erfahren: http://forum.spiegel.de/showpost.php?p=8157928&postcount=10

    !!11

  19. #19 Ralph Ulrich
    28. Juni 2011

    Also meine ganz ähnlich Idee hat dieselben Effekte der aufreißersichen Voids, ist aber nicht nachlaufend träge, kann diese Bilder nicht erklären und auch nicht Galaxien ohne “dunkle Materie”. Großes Minus für meine Idee würde ich sagen :(

    Ein Argument für “trägen” Raum: Wenn es Vakuum Energie gibt, hat dies ja ein Masse Äquivalent (E=mcc)!

  20. #20 noch'n Flo
    28. Juni 2011

    @ tubbs:

    Tja, was da so regelmässig bei SPON abgeht (von Seiten der Eso-Jünger), hat mittlerweile echtes Comedy-Potential.

  21. #21 Unwissend
    28. Juni 2011
  22. #22 Florian Freistetter
    28. Juni 2011

    Die Spiegel-Diskussionen können ruhig auch im Spiegel-Forum bleiben. Wenn jemand meint, diesen ganzen Unsinn von wegen Esowatch/Strafanzeige etc wiederholen zu müssen, meinetwegen. Der geistert schon seit Jahren durchs Internet; deswegen wird er aber nicht richtiger. Hier gehört das Thema nicht her; hier gehts um Galaxienhaufen.

  23. #23 omnibus56
    28. Juni 2011

    @Florian:

    Leider scheint es das (http://www.eso.org/public/news/eso1120/kids/) nicht in einer anderen (Leit- ;-))Sprache zu geben (ich meine z. B. auch Spanisch etc.). Gerade die Kinder, die nicht des Englischen (ausreichend) mächtig sind, würden so an die Wissenschaft (und vllt. “hinten herum” dann auch an Fremdsprachen) heran geführt… Schade!

    Aber sonst für Kinder mit englischsprachigem Hintergrund sicher ein guter Hinweis von Dir!

  24. #24 Paul Zelmer
    28. Juni 2011

    @Ralph Ulrich Kannst du den Englischen Ausschnitt kurz zusammenfassen? Er überfordert mich in jener Sprache leider.

  25. #25 Florian Freistetter
    28. Juni 2011

    @omnibus: Ja, wenn es “Space Scoop” auch in anderen Sprachen geben würde, wäre das cool. K.A. ob die ESO da was in Sachen Erweiterung plant? Ich denke mal, es hängt von der Verfügbarkeit fähiger Übersetzer ab…

  26. #26 Carolin Liefke
    28. Juni 2011

    @omnibus56: Die Idee ist nicht schlecht – und die richtigen Leute hatten sie auch schon, nur an der Umsetzung muß noch gearbeitet werden :-)

    Space Scoop liegt in den Händen von EUNAWE (European Universe Awareness – ein von der EU gefördertes Projekt, das im Internationalen Jahr der Astronomie geboren wurde – http://www.unawe.org/). EUNAWE-Koordinatoren aus vielen europäischen Ländern arbeiten an und mit den Space Scoop-Texten – und übersetzen sie auch schon. Nur online sind sie noch nicht verfügbar, dafür muß noch die entsprechende Webseitenstruktur geschaffen werden.

    In Deutschland ist beispielsweise das Haus der Astronomie in Heidelberg zuständig. Meine Kollegin Natalie Fischer hat schon fleißig Space Scoop Texte übersetzt und an Grundschulen in der Umgebung verteilt. Sobald ein mehrsprachiges System für Space Scoop aufgesetzt wurde, werden sie auch für alle verfügbar sein. Unter http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=116927 werde ich bescheidsagen, sobald die deutschen Seiten online gehen.

  27. #27 Ralph Ulrich
    28. Juni 2011

    @Paul , auf deutsch:

    It hypothesizes that the fabric of space acts much like a fluid. So Dark Fluid
    Die Gestaltung des Raumes sei wie ein Flüssigkeit. “dunkles Fluid”

    currently provides a general and powerful model for altering the dynamics of
    alteriert das Modell der Dynamik der Raumzeit in genereller Weise.

    the space-time manifold. In this theory, space would flow, coagulate,
    Raum fließt, aggregiert, komprimiert und expandiert wie jede Flüssigkeit (Ralph: Hu Flüßigkeiten komprimieren doch nicht?)

    compress, or expand just like any other fluid. The idea is that when space is in

    the presence of matter, it slows down and coagulates around it; this then
    Auch Raum wird von Materie angezogen, verlangsamt (?) und aggregiert um sie.

    attracts more space to coagulate around it, thus amplifying the force of gravity
    Dies wiederum zieht noch mehr Raum an (Ralph: wie in meiner Idee), dadurch

    near it. This description is similar to theories of gravitational back-reaction. The
    wird die Schwerkraft verstärkt. Wei bei Theorien der “zurück-Reaktion” (?).

    effect is always present, but only becomes noticeable in the presence of a
    Dies ist immer der Fall, kommt aber erst zur Messbarkeit bei großen Massen,

    really large mass such as a galaxy. If this effect sounds very much like a
    Galaxien.

    description of Dark Matter, then that’s not a coincidence, as a special case of
    Wie bei “dunkler Materie”, die Gleichungen reproduzieren den Effekt der

    the equations of Dark Fluid reproduces Dark Matter. But the theory of Dark
    “dunklen Materie”.

    Fluid does not hold that actual particles of Dark Matter exist, but rather that
    Aber ohne Partikel, denn die “dunkle Materie” ist nur ein Effekt des mit sich

    this is just an illusionary effect of space bunching up on itself.
    selbst agierenden Raumes.

    … normalerweise müssten Übersetzungen in deutsche Sätze einen längeren Text ergeben als ein englisches Original ….

  28. #28 973
    29. Juni 2011

    Ein sehr sinnvolles Konzept ist zumindest das sich praktisch im freien Fall bewegenden Raumes, http://en.wikipedia.org/wiki/Gullstrand-Painlev%C3%A9_coordinates

  29. #29 SCHWAR_A
    29. Juni 2011

    @Florian Freistetter:
    In der Animation sieht man deutlich, daß nach re-unten DM “wegfliegt”.
    Mich würde interessieren, ob man das tatsächlich auch nachweisen kann, also durch Microlensing ein Gebiet finden, in dem eigentlich “nichts” ist, was ja dann nur konzentrierte DM sein kann. Oder ist DM derart “leicht”, daß man hier keinen meßbaren Effekt erwarten kann?

  30. #30 Alderamin
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A

    Ich denke mal, wo dunkle Materie ist, wird auch immer normale Materie sein. Der Prozess, der zum Beispiel beim Bullet-Cluster zur Trennung von Gas und dunkler Materie geführt hat, beruht ja darauf, dass das Gas miteinander wechselwirkt (über Druck, Strahlung) die dunkle Materie aber nicht. Komprimierte, normale Materie (Sterne, Planeten) stößt aber wegen der großen Abstände nicht zusammen und wird sich auch von Strahlung auch nicht abbremsen lassen und dahin fliegen, wo die Trägheit und Gravitation sie hinzieht. Und genau dahin bewegt sich auch die dunkle Materie.

  31. #31 Ralph Ulrich
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A,
    – DM ist sehr schwer (5 mal Baryonen Masse)
    – lässt sich beobachten und messen
    – Die Animation ergibt per hypothetischen Geschichtsablauf genau das Beobachtete, wie es jetzt als Information per Photonen bei uns ankommt.

  32. #32 Ralph Ulrich
    29. Juni 2011

    @Alderamin, sehr schön und einfach erklärt!
    Nachfrage: Ich kenne jetzt zwei Bilder von Gebieten, wo DM sich von baryonischen Gasen getrennt hat. Wie oft wurde dies denn bis jetzt schon beobachtet?

    Hintergrund: Es kann ja nur indirekt per berechneten Lensing Effekten beobachtet werden. Vielleicht sind es ganz andere Umstände und Effekte, vielleicht zufällige, die wir durch solch eine indirekte Berechnung beobachten.

  33. #33 SCHWAR_A
    29. Juni 2011

    @Alderamin:

    Komprimierte, normale Materie (Sterne, Planeten) stößt aber wegen der großen Abstände nicht zusammen und wird sich auch von Strahlung auch nicht abbremsen lassen und dahin fliegen, wo die Trägheit und Gravitation sie hinzieht. Und genau dahin bewegt sich auch die dunkle Materie.

    Meinst Du damit, daß es nicht nur DM ist, die nach re-unten wegfliegt, sondern auch normale Materie?

    @Ralph Ulrich:
    Hier gibt es möglicherweise einen Widerspruch:

    – lässt sich beobachten und messen

    Vielleicht sind es ganz andere Umstände und Effekte, vielleicht zufällige, die wir durch solch eine indirekte Berechnung beobachten.

    Genau da hapert’s bei mir nämlich auch. Daher mein

    …in dem eigentlich “nichts” ist…

    Ich befürchte, daß dort durchaus auch etwas baryonisches ist, was den Lensing-Effekt erklärt, und zwar wieder schön mit typischer DM-Halo…

  34. #34 SCHWAR_A
    29. Juni 2011

    @Ralph Ulrich:
    Wie kommt man auf 1 DM-Masse ~ 5 Baryonen-Massen?

  35. #35 Alderamin
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A

    Meinst Du damit, daß es nicht nur DM ist, die nach re-unten wegfliegt, sondern auch normale Materie?

    Yep.

    Nachfrage: Ich kenne jetzt zwei Bilder von Gebieten, wo DM sich von baryonischen Gasen getrennt hat. Wie oft wurde dies denn bis jetzt schon beobachtet?

    Ich kenne auch nur die beiden. Bzw. kannte ich vor dem Artikel von Florian nur den Bullet-Cluster. Wenn’s aber schon zwei gibt, gibt’s bestimmt noch mehr. Ich nehme an, die Suche nach solchen Objekten hat gerade erst begonnen.

  36. #36 Alderamin
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A

    Wie kommt man auf 1 DM-Masse ~ 5 Baryonen-Massen?

    1) aus dem Vergleich beobachtbare Masse – Gravitative Masse, z.B. Rotationskurven von Galaxien, Gravitationslinsen
    2) aus der Berechnung, was in der Baryogenese (der Urknall-Phase, als die Baryonen sich formten) passiert ist und wieviel Baryonen höchstens entstanden sein können
    3) aus der Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung z.B. mit dem Satelliten WMAP
    4) aus der Simulationen der Entwicklung großräumiger Strukturen mit verschiedenen Anteilen dunkler Materie und Vergleich mit den echten Strukturen (z.B. SLOAN Digital Sky Survey)

  37. #37 SCHWAR_A
    29. Juni 2011

    @Alderamin:
    Wow, danke! So viele Möglichkeiten… Die muß ich erst mal sichten.

    Kann es sein, so mein Vorab-Bauch-Gefühl, daß man mit einem DM-Partikel je Baryon-Partikel rechnet?

  38. #38 smoe
    29. Juni 2011

    Mich würde interessieren, ob die sog. dunkle Materie auch in unterschiedlichen Dichtegraden vorliegt und wenn ja, wie hoch sie vermutlich verdichtet werden kann bzw. sich verdichtet. Wäre doch krass, wenns auch sowas wie schwarze Löcher aus DM gäbe. Vielleicht ist sogar die Masse (baryonisch) von beobachteten schwarzen Löchern eigentlich viel kleiner, der Rest ist “eingefallene” DM…

    (bin nur Laie, also bitte kein Flame wenn das Quatsch ist)

  39. #39 Florian Freistetter
    29. Juni 2011

    @Alderamin: “Ich nehme an, die Suche nach solchen Objekten hat gerade erst begonnen. “

    Hier ist noch einer: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/09/neues-aus-der-forschung-kollidierende-galaxienhaufen-und-dunkle-materie.php

  40. #40 Bjoern
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A:

    Kann es sein, so mein Vorab-Bauch-Gefühl, daß man mit einem DM-Partikel je Baryon-Partikel rechnet?

    Nein. Ich wüsste auch nicht, warum man das sollte…

  41. #41 SCHWAR_A
    29. Juni 2011

    @Bjoern:
    Also, ich finde nur die üblichen Massen-Verhältnisse und keine Aussagen darüber, wie viele wie schwere DM-Partikel es gibt. Daher ist m.E. die Aussage “Ein DM-Partikel sei etwa 5-mal schwerer als ein Baryon-Partikel”, also als zB. Protonen/Neutronen, so nicht haltbar.

    Ich nehme mal an, wir haben aneinander vorbeigeredet: ich fragte

    Oder ist DM derart “leicht”, daß man hier keinen meßbaren Effekt erwarten kann?

    Es ging um ein spezifisches Gebiet von DM, das vom Cluster wegfliegt.

  42. #42 Bjoern
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A:

    Daher ist m.E. die Aussage “Ein DM-Partikel sei etwa 5-mal schwerer als ein Baryon-Partikel”, also als zB. Protonen/Neutronen, so nicht haltbar.

    Ich nehme an, was Ralph Ulrich meinte (der drückt sich meistens reichlich unklar aus…), ist, dass es fünfmal soviel Dunkle Materie wie baryonische Materie gibt.

  43. #43 Alderamin
    29. Juni 2011

    @Florian

    Das ist ja der Bullet-Cluster, also bleibt es bei zwei Objekten auf meiner Liste. :-)

    @SCHWAR_A

    Daher ist m.E. die Aussage “Ein DM-Partikel sei etwa 5-mal schwerer als ein Baryon-Partikel”, also als zB. Protonen/Neutronen, so nicht haltbar.

    Ich hab’ Ralph Ulrich so verstanden, dass er meinte, es gebe 5-mal mehr Masse in Form dunkler Materie als in Form baryonischer Materie, was hinkommt. Hingegen bedeutet das nicht, dass ein einzelnes Teilchen der dunklen Materie 5-mal schwerer ist als ein Baryon. Man kennt diese Teilchen ja noch gar nicht. Wenn’s das Axion wäre, dann würde es höchstens ein milliardstel eines Protons wiegen, wenn’s ein Neutralino wäre, dann dass 100- bis millionenfache eines Protons. Nichts genaues weiß man noch nicht.

  44. #44 SCHWAR_A
    29. Juni 2011

    @Bjoern:
    Aah, das hatte ich mir schon gedacht…
    Aber meine Frage bleibt immer noch:
    Kann ich mir DM-Partikel wie baryonische Partikel denken? Wenn ja, wieviele, wie schwer und wie dicht sind sie in so einem Gebiet, das “wegfliegt”? Kann das meßbare Lensing-Effekte verursachen, ohne daß baryonische Materie im Zentrum dieser DM-Halo ist?

  45. #45 SCHWAR_A
    29. Juni 2011

    @Alderamin:
    …eine zeitliche Überschneidung…
    Vielen Dank! Das klärt meine Frage fast, bis auf:

    Ist DM nicht eigentlich immer eine Halo um baryonische Materie?

  46. #46 Alderamin
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A

    Da man die Teilchen nicht kennt und die Kandidaten so verschiedene Massen haben, kann man über ihre Partikeldichten nichts sagen, aber für das Lensing kommt es ja nur auf die Masse insgesamt an. Da die aber im Durchschnitt des Weltalls 5-mal größer ist, als die Baryonische Masse, wird das hier auch nicht viel anders sein, d.h. sie wird für 80% des Lensings verantwortlich sein, wenn Baryonische Masse da ist, und für 100%, wenn diese fehlen sollte (aber warum sollte sie?).

  47. #47 Bjoern
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A:

    Kann ich mir DM-Partikel wie baryonische Partikel denken?

    Öh, die Frage ist etwas sehr vage…

    Wenn ja, wieviele, wie schwer und wie dicht sind sie in so einem Gebiet, das “wegfliegt”?

    Das hängt wohl stark von den Details der Galaxienkollision ab. Aber ich würde denken, da ändert sich wenig an der Dichte, sprich: die Dichte müsste etwa genauso groß sein wie in einem durchschnittlichen Galaxienhaufen.

    Kann das meßbare Lensing-Effekte verursachen, ohne daß baryonische Materie im Zentrum dieser DM-Halo ist?

    Da ja die DM in Galaxienhaufen meßbare Lensing-Effekte verursacht und sich die Dichte wohl kaum ändert, ist die Antwort wohl: ja.

    Ist DM nicht eigentlich immer eine Halo um baryonische Materie?

    Ich würde sagen, nein – es gibt ziemlich sicher auch Gebiete mit Dunkler Materie, die wenig bis gar keine baryonische Materie enthalten. Siehe z. B. diesen (schon etwas älteren) Artikel:
    http://www.universetoday.com/1359/some-galaxies-are-made-almost-entirely-of-dark-matter/

  48. #48 Florian Freistetter
    29. Juni 2011

    @Alderamin: “Das ist ja der Bullet-Cluster, also bleibt es bei zwei Objekten auf meiner Liste. :-“

    Das erste Bild, ja. Aber das zweite (um das es im Artikel eigentlich geht) ist MACS J0025.4-1222. Ok, kein so schöner Name. Aber trotzdem ein anderes Ding…

  49. #49 Alderamin
    29. Juni 2011

    @SCHWAR_A

    Ist DM nicht eigentlich immer eine Halo um baryonische Materie?

    Ja, so soll das sein. Da sie keine Reibung verursacht, braucht sie auch keine rotierenden Scheiben wie Spiralgalaxien zu bilden, sondern schwirrt einfach als große Wolke um das Gravitationszentrum herum. Die baryonische Materie startete als Gas, das sich durch Reibung zu einer Scheibe abflachte und dann Spiralgalaxien formte. Deswegen ist die Milchstraße eine flache Scheibe mit einem Halo aus dunkler Materie.

    Elliptische Galaxien sind wahrscheinlich durch Kollisionen von Spiralnebeln entstanden. Darin bewegen sich die Sterne dann so ähnlich wie die Teilchen der dunklen Materie, da sie keiner Reibung ausgesetzt sind,also in einem großen, annährend kugelförmigen Haufen.

  50. #50 Alderamin
    29. Juni 2011

    @Florian

    Asche über mein Haupt, hatte nur die Bildunterschrift des ersten Bildes gelesen. Ok, also sind aller guten Dinge jetzt drei.

  51. #51 Alderamin
    29. Juni 2011

    @Bjoern

    Ich würde sagen, nein – es gibt ziemlich sicher auch Gebiete mit Dunkler Materie, die wenig bis gar keine baryonische Materie enthalten. Siehe z. B. diesen (schon etwas älteren) Artikel:

    Danke, wieder was gelernt!

  52. #52 Bjoern
    29. Juni 2011

    @Alderamin: Vorsicht – der Artikel ist (1) schon etwas älter, und (2) aus einer populärwissenschaftlichen Quelle. Ich weiß nicht, ob sich das inzwischen bestätigt hat oder widerlegt wurde…

  53. #53 SCHWAR_A
    30. Juni 2011

    @Alderamin & Bjoern & Ralph Ulrich:

    Ich nehme an, daß die Simulationen mit “geeigneten” Simulations-DM-Partikeln rechnen, also mit genügend vielen gleichen vorgegebenen Simulations-DM-Massen, um den heute beobachtbaren End-Effekt zu erzielen.

    Da der verlinkte Artikel seit längerer Zeit der einzige zu sein scheint, der behauptet, DM mit nur sehr wenig baryonischer Materie gefunden zu haben, sollte man m.E. damit warten, so etwas als tatsächlich existent zu betrachten. Immerhin ist die DM ja nur da ‘nötig’, wo viel baryonische Masse weiträumig ausgedehnt vorkommt, und demnach auch als Halo an diese gebunden sein sollte.

    Ich könnte mir vorstellen, daß man mit Microlensing durchaus auch Systeme finden kann, die nur wenig Energie im sichbaren Spektrum abstrahlen – solche Gebiete sollten unbedingt mit breitem Spektrum genauer untersucht werden. Dann wird man m.E. auch die zugehörige baryonische Materie finden. Gerade als Ergebnis von Kollisionen könnte durchaus ein Gebiet mit steinernen Brocken unsichtbar durchs All fliegen, sich aber durch Microlensing doch bemerkbar machen…

    Ein Entfernen von DM kann nämlich m.E. eigentlich gar nicht stattfinden, da sie ja weiterhin den Rotationskurven-Effekt in Spiralarm-Galaxien verursacht: auch nach einer Kollision bewegen sich die äußeren Spiralarm-Sterne anders als nach purem Newton. Die DM bleibt also an baryonische Masse gebunden und fliegt nicht einfach weg.

    Daher denke ich, daß die Simulation an dieser Stelle falsch ist, wenn sie erlaubt daß sich pure DM aus einem Kollisionsgebiet wegbewegt.

    Ich denke daher immer mehr in die Richtung, daß jedes baryonische Partikel seine DM-Halo besitzt, wie ein zusätzliches Feld, dessen gravitative Wirkung in Richtung dieses Partikels aber mit dem Abstand linear zunimmt, die Gravitationskonstante demnach zu G(r)=G_0*(1+R/R_0) verändert, mit r_0 im Bereich von vielleicht 20kpc. Dadurch ergeben sich genauso die beobachteten Radialgeschwindigkeiten der Randsterne von Galaxien…

    Auch die inzwischen sehr präzise gewordene TullyFisher-Relation zeigt diese Abhängigkeit von R/R_0 [Equation 43].

  54. #54 Alderamin
    30. Juni 2011

    @SCHWAR_A

    Ich nehme an, daß die Simulationen mit “geeigneten” Simulations-DM-Partikeln rechnen, also mit genügend vielen gleichen vorgegebenen Simulations-DM-Massen, um den heute beobachtbaren End-Effekt zu erzielen.

    Man braucht auf die konkrete Teilchenart keine Rücksicht zu nehmen, so fein aufgelöst ließe sich das nicht rechnen. Man wird einfach gedachte Massenpunkte annehmen, so wie man Galaxienkollisionen durch einen Schwarm kleiner Partikel simuliert, die sich alle untereinander anziehen. So lange es keine Kollision gibt, schwirren die dann alleine durch die Schwerkraft angetrieben durcheinander. Die dunkle Materie zu simulieren, ist somit sehr einfach. Man simuliert einfach die Annahme, dass sie nur auf Schwerkraft reagiert.

    Komplexer ist die Simulation des Gases, weil es auch über Strahlung und Druck wechselwirkt. Das ist der wirklich komplexe Teil.

    Daher denke ich, daß die Simulation an dieser Stelle falsch ist, wenn sie erlaubt daß sich pure DM aus einem Kollisionsgebiet wegbewegt.

    Nein, pure DM nicht, sondern ein Gemisch aus DM und kompakter BM (Sterne, Planeten etc.). Nur das Gas eben nicht. Das kollidiert. Der Rest fliegt durcheinander durch, praktisch ohne jede Kollision (und einzelne nahe Begegnungen spielen im großen Gesamtbild keine Rolle). Deswegen können sich DM und BM so nicht trennen.

    In unserer Galaxis sind sie nur deswegen teilweise getrennt, weil diese aus Gas entstand, das erst danach zu Sternen wurde. Das Gas bildete zuerst die Scheibe, dann die kompakten Objekte wie Sterne und Planeten. Die DM wurde hingegen nie zur Scheibe, sondern blieb ein kugelförmiger Schwarm aussen drumherum.

    Ich könnte mir vorstellen, daß man mit Microlensing durchaus auch Systeme finden kann, die nur wenig Energie im sichbaren Spektrum abstrahlen

    Mit Microlensing wirst Du keine DM finden, die ist nämlich diffus verteilt, sie haftet nicht aneinander und kann somit keine kompakten Objekte bilden (sie kann bestenfalls in vorhandene schwarze Löcher fallen). Solche Objekte braucht es aber für’s Microlensing.

  55. #55 SCHWAR_A
    30. Juni 2011

    @Alderamin:

    Mit Microlensing wirst Du keine DM finden, die ist nämlich diffus verteilt, sie haftet nicht aneinander und kann somit keine kompakten Objekte bilden…

    Masse wirkt aber von außerhalb gesehen immer mit ihrem Schwerpunkt, also auch bei diffus verteilter DM und zB. radialsymmetrischer Dichte im Gebietszentrum als Summenmasse. Oder ist das bei DM anders?

  56. #56 Alderamin
    30. Juni 2011

    @SCHWAR_A

    Masse wirkt aber von außerhalb gesehen immer mit ihrem Schwerpunkt, also auch bei diffus verteilter DM und zB. radialsymmetrischer Dichte im Gebietszentrum als Summenmasse. Oder ist das bei DM anders?

    Das ist anders, und zwar sowohl für normale als auch dunkle Materie. Zwar kann man z.B. die Sonne als Schwerkraftzentrum des Sonnensystems auf einen Punkt reduzieren, aber innerhalb der Sonne (oder jedes anderen Körpers) gilt ein völlig anderes Graviationsgesetz: da nimmt die Gravitation linear mit der Entfernung zum Zentrum ab, nicht quadratisch zu, sonst steckte ja in jedem Körper ein kleines schwarzes Loch.

    Dementsprechend darf man bei einem diffusen, annähernd kugelförmigen Haufen Materie (dunkle oder gewöhnliche) zur Bestimmung der Schwerkraft nur den Teil betrachten, der innerhalb einer gedachten Kugelschale um seinen Schwerpunkt liegt, welche der betreffende Probekörper bzw. Lichtstrahl tangiert. Da die DM sehr diffus ist, hat sie kein konzentriertes Schwerefeld in ihrem Zentrum. Ein Stern oder Planet ist dagegen viel kompakter, die Schwerkraft in seiner unmittelbaren Nähe viel größer, als sie es nahe dem Zentrum einer DM-Wolke wäre. Nur weit außerhalb wirkt die DM-Wolke so stark auf Lichtstrahlen, dass es zum Lensing kommt. Dann aber zum Makro-Lensing.

  57. #57 SCHWAR_A
    30. Juni 2011

    @Alderamin:
    Danke, das war mir schon bekannt.

    Ich habe aber nicht gewußt, daß Microlensing nur die Wirkung innerhalb der DM-Halo verwendet. Das beobachtete “lensed” Licht hat doch sehr viele Schichten der Halo durchlaufen, dürfte also in diesem Sinne durchaus als “teil-macrolensed” betrachtet werden, oder nicht?

  58. #58 SCHWAR_A
    30. Juni 2011

    @Alderamin:
    Danke, jetzt habe ich’s verstanden. Beim Integrieren wirkt NUR der INNERE Massenanteil. Das hatte ich doch schonmal verinnerlicht… ts, ts, ts…

  59. #59 Alderamin
    1. Juli 2011

    @SCHWAR_A

    Zum Micro-Lensing braucht es eine Punkt-Masse wie einen Planeten oder Stern, der das Licht eines Sterns dahinter durch den Gravitationslinseneffekt fokussiert, dadurch wird der Hintergrundstern heller. Micro-Lensing betrifft immer Sterne mit im Vergleich zu Macro-Lensing (Doppelbilder bei Galaxien) viel geringeren Abständen, deshalb muss die fokussierende Masse kompakt sein und die Gravitation auf kleinem Raum sehr schnell die Richtung ändern (Lichtweg auf der einen Seite des Lensing-Objekts vs. Lichtweg auf der anderen Seite). Innerhalb einer diffusen DM-Wolke (oder einer Galaxie) ist die Masse aber so weit verstreut, dass das Schwerefeld, wenn überhaupt, nur langsam variiert. Das ergibt keine Linse ausreichender Brechkraft, die das Licht eines Sterns (kleine Gegenstandsweite, um in Optik-Terminologie zu bleiben) fokussieren würde. Das funktioniert nur, wenn die Abstände so groß sind, dass die DM-Wolke wieder im Verhältnis zu den Entfernungen kompakt erscheint.

    Micro-Lensing ist auch nur daran erkennbar, dass das Licht des Hintergrundsterns eine Lichtkurve durchläuft, es wird heller und wieder dunkler, während das Vordergrundobjekt vor dem Hintergrundstern durchwandert. Bei einem großflächigen Lensing-Objekt könnten wir den Vorgang gar nicht verfolgen, weil er viel zu lange dauerte.

    Also, DM macht nur Macro-Lensing von Galaxien. Micro-Lensing gibt es nur bei kompakten Objekten.

  60. #60 SCHWAR_A
    1. Juli 2011

    @Alderamin:
    Danke, sehr gut erklärt!