Als unser Universum vor etwa 13.7 Milliarden Jahren entstand, gab es darin noch keine Sterne. Es gab nur ein paar Atome und auch von denen nur zwei Sorten: Wasserstoff und Helium. Erst als es dann endlich Sterne gab, konnten die den Rest der Elemente im Zuge der Kernfusion in ihrem Inneren erzeugen. Es gab aber noch etwas, dass nach dem Urknall entstand: Dunkle Materie. Von ihr war viel mehr da als von der normalen Materie und sie bildete große Wolken. Ihre Gravitationskraft zog nun den Wasserstoff und das Helium an. Die Elemente sammelten sich im inneren der Wolken und – so lautet zumindest die Hypothese – konnten dort die ersten Sterne bilden. Sie unterschieden sich aber ein wenig von den normalen Sternen die wir heute kennen. Es handelte sich um Dunkle Sterne!

Diese Sterne heißen nicht deswegen “Dunkel”, weil sie so schwach leuchten – ganz im Gegenteil, sie sind sogar sehr hell. Man nennt sie “Dunkle Sterne”, weil sie ihre Energie nicht der Kernfusion verdanken, sondern der Dunklen Materie. Auch Dunkle Sterne bestehen zwar hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, sie enthalten aber auch etwa ein Prozent Dunkle Materie. Wenn die Dunkle Materie aus noch bisher unbekannten Elementarteilchen, den WIMPs (Weakly Interactiving Massive Particle) besteht, dann werden diese Teilchen im Inneren des Sterns zusammenstoßen und – da WIMPs ihre eigenen Antiteilchen sind – sich dabei auslöschen und Energie erzeugen.

Normale Sterne wie unsere Sonne erzeugen ihre Energie durch Kernfusion, d.h. die Umwandlung von Wasserstoff in Helium (obwohl auch sie kleine Mengen dunkler Materie enthalten können). Ein Dunkler Stern enthält aber vergleichsweise viel dunkle Materie und sie ist, die durch Kollisionen in seinem Kern die Energie erzeugt, die ihn strahlen lässt.

Ein typischer Dunkler Stern hat etwa die gleiche Masse wie unsere Sonne, ist aber wesentlich größer. Würde man einen davon in unser Sonnensystem setzen, dann würde er den gesamten Raum innerhalb der Bahn des Saturns ausfüllen! Dabei ist er trotz seiner Größe relativ kühl, an der Oberfläche hat er nur etwa 10000 Kelvin (zum Vergleich: bei der kleinen Sonne sind es etwa 6000 Kelvin, bei großen normalen Sternen – die aber immer noch viel kleiner sind als die dunklen Sternen – können es bis 50000 K sein). Der Dunkle Stern ist immer noch in eine große Wolke eingebettet, die nicht nur dunkle Materie enthält sondern auch ganz normale. Die kann er sich nun einverleiben und dabei wachsen. Je nachdem wie die Eigenschaften der Wolke aussehen, wächst er mehr oder weniger (oder vielleicht auch gar nicht). Wenn er aber wächst, dann kann er enorm groß werden. Dann ist er am Ende ein Supermassereicher Dunkler Stern (SMDS). Ihre Masse kann Millionenmal größer sein als die der Sonne. Der Supermassreiche Dunkle Stern leuchtet jetzt wahnsinnig hell – so hell, dass er vielleicht sogar von uns beobachtet werden kann…

Es ist schwierig, Dinge zu beobachten, die so kurz nach dem Urknall geschehen sind. In der Astronomie schaut man ja immer in die Vergangenheit – je weiter weg etwas ist, desto länger braucht das Licht bis zu uns und desto älter ist der Anblick. Um Dunkle Sterne sehen zu können, müssen wir aber wirklich weit (und weit zurück) schauen und das ist knifflig. Cosmin Ilie von der Universität Michigan und seine Kollegen haben sich einmal genau angesehen, mit welchen Geräten das möglich wäre. Ihre Arbeit trägt den Titel “Observing Dark Stars with JWST” und der zeigt schon, worauf sie sich konzentriert haben: Das James Web Space Telescope (JWST). Das JWST existiert noch nicht, aber es soll ein richtig großes Weltraumteleskop werden. Leider kostet das Geld und die Finanzierung des JWST steht seit einiger Zeit auf sehr wackligen Beinen (dabei hat man es schon zu drei Vierteln fertig gebaut…). Aber in der Hoffnung, dass dieses Teleskop doch irgendwann ins All fliegen wird, haben Ilie und seine Kollegen nachgesehen, zu was das JWST in der Lage wäre.

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Größenvergleich zwischen dem Hubble-Teleskop und JWST (Bild: NASA)

Will man wissen, wie viele Dunkle Sterne das JWST sehen könnte, muss man natürlich erstmal wissen, wieviele davon vorhanden sind. Deshalb haben die Astronomen erstmal ausführliche Computersimulationen durchgeführt die zeigen sollen, wie viele Dunkle Sterne unter den verschiedensten Bedingungen entstehen können. Die Anzahl zu bestimmen ist aber nur ein Aspekt bei der Suche – man muss auch wissen, wie man die Dunklen Sterne von ganz normalen Sternen unterscheiden kann. Ein sehr wichtiges Merkmal ist hier die Temperatur. Normale Sterne sind viel heißer als Dunkle Sterne. Die allerersten normalen Sterne können Oberflächentemperaturen bis zu 50000 Kelvin haben, also deutlich mehr als die kühlen Dunklen Sterne. Auch am Ende ihres Lebens unterscheiden sich die beiden Arten von Sternen: Wenn ein Supermassereicher Dunkler Stern keine dunkle Materie mehr hat, die im Energie liefert, kollabiert er und die ganz normale Kernfusion setzt ein. Weil er aber supermassereich ist, läuft diese Kernfusion viel schneller ab, als es normalerweise der Fall wäre und nach kurzer Zeit wird er zu einem schwarzen Loch mit einigen zehntausend Sonnenmassen (Das könnten auch die Vorläufer der supermassereichen schwarzen Löcher sein, die man ihn den Zentren aller großen Galaxien beobachtet und deren Entstehung immer noch nicht ganz geklärt ist). Die normale Sterne aus der Frühzeit des Universums dagegen verbrennen langsamer und am Ende ihres Lebens vergehen sie komplett in gewaltigen Supernovaexplosionen.
Neben der Temperatur ist auch die chemische Zusammensetzung der Dunklen Sterne ein wichtiges Erkennungsmerkmal. Da sie die allerersten Sterne sind und ihre Energie durch die Annihilation von dunkler Materie beziehen und nicht durch Kernfusion (die neue Elemente erzeugen würde), bestehen sie nur aus Helium und Wasserstoff. Eine Spektralanalyse würde also auch nur Spektrallinien dieser beiden Elemente zeigen.

Berücksichtigt man die Fähigkeiten des JWST und seiner geplanten Instrumente und die verschiedenen Entstehungsraten Dunkler Sterne (die von den möglichen Eigenschaften der ursprünglichen Gaswolken abhängen), dann kommen Ilie und seine Kollegen zu dem Schluss, dass das Weltraumteleskop mindestens einen und maximal 444750 Dunkle Sterne entdecken kann. Das sind aber die jeweils unwahrscheinlichen Extremwerte, viel wahrscheinlicher ist es, dass JWST ein paar Dutzend bis Tausend Dunkler Sterne findet. Natürlich sind hier noch jede Menge “Wenns” im Spiel. Wenn sich dunkle Materie so verhält wie wir es annehmen und wenn Dunkle Sterne tatsächlich so entstehen wie vermutet und wenn sie die Eigenschaften haben, die angenommen wurden und wenn doch noch genug Geld für das JWST aufgetrieben wird und wenn es dann auch noch wie geplant funktioniert – dann wird es die Dunklen Sterne finden. Aber zumindest was das letzte “wenn” angeht, wollen Ilie et al. Abhilfe schaffen. Sie wollen als nächstes untersuchen, ob die schon existierenden Weltraumteleskope wie Spitzer oder Herschel in der Lage wären, die Dunklen Sterne zu finden und wie man sie in diesen Instrumenten erkennen könnte. Mal sehen, vielleicht sind die Astronomen ja doch die ersten, die die Natur der dunklen Materie entdecken und gewinnen das Rennen gegen die Teilchenphysiker 😉

Kommentare (46)

  1. #1 stromgeist
    1. November 2011

    Faszinierend, sowohl die Neugier des menschen nach den absurdesten Dingen zu suchen als auch die absurden Dinge, die sie dabei auch immer wieder finden (oder manchmal auch nicht)… Habe ich das richtig verstanden, dass man annimmt, es gab von Anfang an mehr dunkle Materie als normale und in ihrer derzeitigen bzw. vergangenen Existenz hat sie sich (überwiegend) in Sternen zusammengeballt, wo sie nun nach und nach verstrahlt, d.h. in reine Energie umgesetzt wird? Die normale Masse wird ja am Ende eines Sternenlebens entweder massiv verdichtet (zu einem “schwarzen Loch”) oder wieder ins All verstreut (durch eine “Supernova”). Heißt das also, dass die dunkle Materie, die ursprünglich die größte Masse des Universums darstellt, nach und nach verschwindet, zu reiner Energie? Mit anderen Worten: Wird das Universum immer leichter?

  2. #2 Tom
    1. November 2011

    “Dabei ist er trotz seiner Größe relativ kühl, an der Oberfläche hat er nur etwa 10000 Kelvin (zum Vergleich: bei der Sonne sind es etwa 6000 Kelvin).”

    Entweder habe ich etwas falsch verstanden oder statt 10.000 muss es vielleicht 1.000 heissen, wenn der dunkle Stern kühler sein soll als die Sonne!?

    Grüße Tom

  3. #3 koi
    1. November 2011

    … Dabei ist er trotz seiner Größe relativ kühl, an der Oberfläche hat er nur etwa 10000 Kelvin (zum Vergleich: bei der Sonne sind es etwa 6000 Kelvin). …

    Ist Dir da eine 0 zuviel reingerutscht ?
    (Besserwisser aus)

  4. #4 12stein
    1. November 2011

    Gratuliere Florian, dieser Artikel ist ein Hammer !
    Gar nicht gewusst dass es Dunkle Sterne gibt.
    “Dark Star” war bisher für mich ein Sciencefictionfilm 🙂
    http://de.wikipedia.org/wiki/Dark_Star

  5. #5 klauszwingenberger
    1. November 2011

    @ Tom & koi:

    Das muss nicht unbedingt so sein. “Relativ Kühl” kann sich auch auf “normale” massereiche Hauptreihensterne beziehen. Nehmen wir mal Alnitak im Orion (der Gürtelstern ganz links), ein blauer O9-Stern; der hat bei 25 bis 30 Sonnenmassen eine Oberflächentemperatur von 30.000 k. Das würde mich jetzt auch interessieren, ob sich die Relation auf die Sonne oder auf massereiche Sterne bezieht.

  6. #6 Florian Freistetter
    1. November 2011

    @Tom & koi: Vielleicht wars mißverständlich formuliert. Aber gemeint wars so wie klauszwingenberger es geschrieben hat. Wenn der dunkle Stern bis zur Saturnbahn reicht, also ENORM viel größer ist und trotzdem nur 10000 K – also nur 4000 K mehr als die Sonne – hat und damit deutlich weniger als die großen O-Sterne (30000K), dann ist er relativ kühl.

  7. #7 Florian Freistetter
    1. November 2011

    @stromgeist: “Habe ich das richtig verstanden, dass man annimmt, es gab von Anfang an mehr dunkle Materie als normale”

    Ja, das zeigen die Beobachtungen und auch die Theorie: es gab und gibt etwa 80% DM und 20% normale Materie. Die ist aber nicht nur in den Sternen. Das war nur am Anfang so. Die dunkle Materie bildet quasi das Grundgerüst des Universums. Wolken aus dunkler Materie zog die normale Materie an, deswegen bildeten sich in ihnen Sternen und Galaxien. Die Galaxien sind also in große Wolken aus dunkler Materie eingebettet.

    “Mit anderen Worten: Wird das Universum immer leichter? “

    Selbst wenn die ganze DM verschwinden würde (was sie nicht tut): Energie und Masse sind äquivalent. Die Umwandlung von Masse in Energie würde das Universum nicht leichter machen. Die Relativitätstheorie ist da sehr deutlich… Wenn du z.B. mit einer supergenauen Waage eine ungespannte und eine gespannte Feder wiegen würdest, dann würde die gespannte mehr wiegen, weil in ihr mehr Energie steckt.

  8. #8 Wolf
    1. November 2011

    Bei den Namen, die so vergeben werden, habe ich manchmal das Gefühl, dass da Drogen im Spiel sind 😉
    Schwächling, MACHO, Superschwächling….

    Na los, gib es zu :-)))

    Ernsthaft: Wie kann ein Teilchen sein eigenes Antiteilchen sein?

  9. #9 koi
    1. November 2011

    Danke für die Klärung, ich hatte es erst anders verstanden.
    Sorry das mein Kommentar mit Tom’s parallel ging, hätte sonst nict gefragt.

  10. #10 Florian Freistetter
    1. November 2011

    @Wolf:“Ernsthaft: Wie kann ein Teilchen sein eigenes Antiteilchen sein?”

    Indem es keine elektrische Ladung hat. Wie z.B. auch das ganz gewöhnliche Photon. Siehe auch hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Majorana-Fermion

  11. #11 frantischek
    1. November 2011

    Die Dinger sind doch nur theoretisch da wenn bestimmte DM Theorien sich als richtig erweisen oder versteh ich das falsch?

  12. #12 Alderamin
    1. November 2011

    Florian Freistetter·
    01.11.11 · 12:20 Uhr

    @Tom & koi: Vielleicht wars mißverständlich formuliert. Aber gemeint wars so wie klauszwingenberger es geschrieben hat. Wenn der dunkle Stern bis zur Saturnbahn reicht, also ENORM viel größer ist und trotzdem nur 10000 K – also nur 4000 K mehr als die Sonne – hat und damit deutlich weniger als die großen O-Sterne (30000K), dann ist er relativ kühl.

    Na ja, Beteigeuze ist auch enorm viel größer als die Sonne (662 Sonnendurchmesser) und auch schwerer (20 Sonnenmassen) und hat nur 3450K… klar, ist kein Hauptreihenstern mehr, Heliumbrennen (oder was-weiß-ich-was-für-Metalle-Brennen). Aber es gibt wohl keine so großen Sterne mit einer so hohen Temperatur wie die vermuteten dunklen Sterne, blaue Überriesen wie Alnitak sind immer noch deutlich kleiner.

    Bleibt noch die Frage, warum heute keine dunklen Sterne mehr möglich sein sollen. Im Inneren von Galaxien steht die dunkle Materie doch auch dichter. Weil es da schon lange kein Gas mehr gibt, mit dem die dunkle Materie sich vermengen könnte und Sterne bilden? Oder stören die heute allgegenwärtigen Metalle, die ja auch Population III-Riesen heute nicht mehr erlauben?

  13. #13 mr_mad_man
    1. November 2011

    Super Artikel! …der natürlich auch wieder Fragen aufwirft:
    Warum laufen die Prozesse Zerstrahlung der dunklen Materie und Kernfusion der normalen Materie hintereinander ab und nicht gleichzeitig? Meine Überlegung: die DM befindet sich im Kern der Sterns, verdrängt die NM damit nach außen wo sie erst mal nicht funsionieren kann, weil der Druck nicht ausreicht, und erst wenn die DM aufgebraucht ist, rückt die NM nach. Kommt das hin?
    Sind DM und NM zur gleichen Zeit entstanden, oder ist die DM älter?

    Läuft der Blog noch auf Sommerzeit? Bei mir ist es erst zehn nach zwölf.

  14. #14 malefue
    1. November 2011

    eine schande, dass der start des jwst so unsicher ist. dabei wäre es wissenschaftlich wesentlich interessanter als z.b. das space shuttle, das man 15 jahre zu lang betrieben hat ohne großen wissenschaftlichen nutzen. viel erfahren kann man über das universum eben nicht knapp über der erde, sondern im tiefen raum.

  15. #15 Wurgl
    1. November 2011

    Florian: Indem es keine elektrische Ladung hat.

    Ist das nicht zu einfach? Siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Antineutron Ein Neutron ist nach (weiter) außen hin auch ohne Ladung.

  16. #16 Florian Freistetter
    1. November 2011

    @Wurgl: “Ein Neutron ist nach (weiter) außen hin auch ohne Ladung. “

    Naja, ein Neutron ist aber auch kein Elementarteilchen… Ein Mensch hat ja auch keine Ladung, aber das Konzept des “Antimenschen” macht wenig Sinn.

  17. #17 SCHWAR_A
    1. November 2011

    @Alderamin:

    Bleibt noch die Frage, warum heute keine dunklen Sterne mehr möglich sein sollen. Im Inneren von Galaxien steht die dunkle Materie doch auch dichter.

    Was spricht denn dagegen, daß die Schwarzen Löcher der Galaxien dunkle Sterne beherbergen?

  18. #18 Alderamin
    1. November 2011

    Florian Freistetter·
    01.11.11 · 15:51 Uhr

    Ein Mensch hat ja auch keine Ladung, aber das Konzept des “Antimenschen” macht wenig Sinn.

    Oho! Da liegst Du ein wenig falsch… ein Mensch, der aus Atomen bestünde, deren Kerne aus Antineutronen und Antiprotonen zusammengesetzt wären, welche wiederum von Positronen umgeben wären, sähe von weitem wie ein gewöhnlicher Mensch aus und wäre in einer passenden Umgebung auch durchaus funktions- und lebensfähig, aber Du solltest ihm besser nicht die Hand geben…

  19. #19 Florian Freistetter
    1. November 2011

    @Alderamin: “Oho! Da liegst Du ein wenig falsch…”

    Mir ist durchaus klar, das man aus Antiteilchen Antidinge zusammenbauen kann und das diese Antidinge sich gegenseitig auslöschen. Aber das Konzept macht im Zusammenhang mit der Frage “Wann ist ein Elementarteilchen sein eigenes Antiteilchen” keinen Sinn. Denn ein Mensch ist, so wie ein Neutron, kein Elementarteilchen und deswegen auch nicht sein eigener Antimensch, obwohl er keine Ladung hat.

  20. #20 Alderamin
    1. November 2011

    SCHWAR_A·
    01.11.11 · 17:12 Uhr

    Was spricht denn dagegen, daß die Schwarzen Löcher der Galaxien dunkle Sterne beherbergen?

    Na, schwarze Löcher sind doch das Maximum der physikalisch möglichen Entropie, das sind die großen Gleichmacher. Darin gibt’s nichts Unterscheidbares mehr, keine dunkle Materie und schon gar keine Sterne ob hell oder dunkel. Nur noch Masse, Ladung und Derehimpuls.

  21. #21 Alderamin
    1. November 2011

    Florian Freistetter·
    01.11.11 · 19:22 Uhr

    Aber das Konzept macht im Zusammenhang mit der Frage “Wann ist ein Elementarteilchen sein eigenes Antiteilchen” keinen Sinn. Denn ein Mensch ist, so wie ein Neutron, kein Elementarteilchen und deswegen auch nicht sein eigener Antimensch, obwohl er keine Ladung hat.

    So wie ich das hier lese, ist die elektrische Neutralität ein notwendiges, aber keineswegs hinreichendes Kriterium für ein Majorana-Fermion. “No elementary particle is known to be a Majorana fermion.” D.h. Photonen und Neutrinos sind nicht unbedingt Majorana-Fermionen (beim Neutrino weiß man’s noch nicht). Würde mich bei Photonen eigentlich auch wundern, die annihilieren doch nicht miteinander.

  22. #22 Alderamin
    1. November 2011

    Florian Freistetter·
    01.11.11 · 19:22 Uhr

    Aber das Konzept macht im Zusammenhang mit der Frage “Wann ist ein Elementarteilchen sein eigenes Antiteilchen” keinen Sinn. Denn ein Mensch ist, so wie ein Neutron, kein Elementarteilchen und deswegen auch nicht sein eigener Antimensch, obwohl er keine Ladung hat.

    So wie ich das hier lese, ist die elektrische Neutralität ein notwendiges, aber keineswegs hinreichendes Kriterium für ein Majorana-Fermion. “No elementary particle is known to be a Majorana fermion.” D.h. Photonen und Neutrinos sind nicht unbedingt Majorana-Fermionen (beim Neutrino weiß man’s noch nicht). Würde mich bei Photonen eigentlich auch wundern, die annihilieren doch nicht miteinander.

  23. #23 Niels
    2. November 2011

    @Alderamin

    So wie ich das hier lese, ist die elektrische Neutralität ein notwendiges, aber keineswegs hinreichendes Kriterium für ein Majorana-Fermion.

    Stimmt.
    Ein Fermion ist nur dann ein Majorana-Fermion, wenn Teilchen und Anti-Teilchen identisch sind. Das betrifft doch nicht nur die Ladung, sondern alle Quantenzahlen.
    Das Neutron ist elektrisch neutral, trotzdem ist das Anti-Neutron nicht mit dem Neutron identisch.
    Das selbe gilt für das Neutrino des Standardmodells. Neutrino und Antineutrino sind neutral geladen, aber trotzdem nicht identisch.

    Im Standardmodell gibt es doch sogar überhaupt kein Majorana-Fermion. Trotzdem existieren ziemlich viele Teilchen, die ihr eigenes Antiteilchen sind.
    Deswegen war der Link von Florian Freistetter auf die Majorana-Fermionen eigentlich nicht so besonders sinnvoll.

    D.h. Photonen und Neutrinos sind nicht unbedingt Majorana-Fermionen

    Photonen sind mit Sicherheit keine Majorana-Fermionen.
    Das liegt daran, dass Photonen Bosonen sind.

    Würde mich bei Photonen eigentlich auch wundern, die annihilieren doch nicht miteinander.

    Den Gedankengang verstehe ich nicht.
    Natürlich ist das Photon sein eigenes Antiteilchen, auch wenn zwei Photonen nicht annihilieren.
    Das liegt daran, dass sie gar nicht direkt miteinander interagieren können. Diese Möglichkeit gibt es in der QED nicht.

    Die Möglichkeit zur Annihilation mit seinem Teilchen ist keine Bedingung für ein Antiteilchen.
    (Z-Boson und (Anti)-Z-Boson annihilieren doch auch nicht.)

  24. #24 Allewetter
    2. November 2011

    Und wie verträgt sich das oben Gesagte mit dem Charakter der Fischstäbchen ?

  25. #25 Alderamin
    2. November 2011

    Niels·
    02.11.11 · 07:40 Uhr

    Das selbe gilt für das Neutrino des Standardmodells. Neutrino und Antineutrino sind neutral geladen, aber trotzdem nicht identisch.

    Hatte ich bisher auch gedacht. Im englischen Wiki-Artikel zu Majorana-Fermionen steht allerdings drin, das sei noch nicht “settled”.

    Photonen sind mit Sicherheit keine Majorana-Fermionen.
    Das liegt daran, dass Photonen Bosonen sind.

    Auch wieder wahr. Wie heißen denn Bosonen, die ihr eigenes Antiteilchen sind?

    Natürlich ist das Photon sein eigenes Antiteilchen, auch wenn zwei Photonen nicht annihilieren.
    Das liegt daran, dass sie gar nicht direkt miteinander interagieren können. Diese Möglichkeit gibt es in der QED nicht.

    Warum sollen dann aber Neutralinos annihilieren und dabei Energie freisetzen? Das wäre ja die Energiequelle der dunklen Sterne.

    Die Möglichkeit zur Annihilation mit seinem Teilchen ist keine Bedingung für ein Antiteilchen.
    (Z-Boson und (Anti)-Z-Boson annihilieren doch auch nicht.)

    Wusste ich nicht. Was ist denn dann das Kriterium? Alle Quantenzahlen umgedreht? Wie kann dann ein Teilchen sein eigenes Antiteilchen sein? Indem das Kippen der Quantenzahlen die Natur des Teilchens nicht verändert? Warum annihilieren dann Neutralinos?

  26. #26 Niels
    2. November 2011

    @Alderamin

    Im englischen Wiki-Artikel zu Majorana-Fermionen steht allerdings drin, das sei noch nicht “settled”.

    Den Vorhersagen des Standardmodelles zufolge ist es aber so, wie von mir beschrieben. Experimentell ist es aber tatsächlich noch nicht geklärt.
    Bei Neutrinos versagt vermutlich das Standardmodell, man müsste es erweitern.
    Z.B. sagt das Standardmodell für Neutrinos ja auch die Masse Null voraus. Das ist ziemlich sicher falsch (Neutrinooszillation usw.).

    Wie heißen denn Bosonen, die ihr eigenes Antiteilchen sind?

    Majorana-Bosonen. 😉
    Allgemein dann Majorana-Teilchen.

    Was ist denn dann das Kriterium? Alle Quantenzahlen umgedreht? Wie kann dann ein Teilchen sein eigenes Antiteilchen sein? Indem das Kippen der Quantenzahlen die Natur des Teilchens nicht verändert?

    Genau. Wenn die Quantenzahlen Null sind, sind die “entgegengesetzten” Quantenzahlen ebenfalls Null, Teilchen und Anti-Teilchen sind identisch.

    Warum sollen dann aber Neutralinos annihilieren und dabei Energie
    freisetzen?

    In wiki steht:
    However, other neutral particles are their own antiparticles, such as photons, the hypothetical gravitons, and some WIMPs. These can annihilate with themselves.

    Danach liege ich dann falsch. Die Möglichkeit zur Annihilation ist hiernach immer gegeben.
    Allerdings hab ich wirklich noch nie von Photon-Photon-Paarvernichtung gehört und es ist mir außerdem völlig schleierhaft, über welchen Mechanismus das ablaufen sollte.

    @all
    Kann jemand, der sich damit besser auskennt, dazu etwas sagen?
    Wäre super.

  27. #27 Boron
    2. November 2011

    @Allewetter:

    Und wie verträgt sich das oben Gesagte mit dem Charakter der Fischstäbchen ?

    Ganz einfach: Wenn ein Fischstäbchen mit einem Antifischstäbchen in Kontakt kommt, dann annemariehilieren sie sich in einer gewaltigen Semmelbröselexplosion. In Fachkreisen nennt man das den “Käpt’n-Iglo-Effekt”. *Kicher!*

  28. #28 Bjoern
    3. November 2011

    @Florian:

    “Mit anderen Worten: Wird das Universum immer leichter? ” Selbst wenn die ganze DM verschwinden würde (was sie nicht tut): Energie und Masse sind äquivalent. Die Umwandlung von Masse in Energie würde das Universum nicht leichter machen.

    Auf längere Sicht schon. Die Gesamtenergie der Materie bleibt konstant, die Gesamtenergie der Strahlung nimmt aber proportional zu 1/Skalenfaktor ab (im Prinzip durch die Rotverschiebung). Wenn man Materie in Strahlung umwandelt und dann ein “Weilchen” wartet, hat die Gesamtenergie des Universums tatsächlich abgenommen, es ist also “leichter” geworden.

  29. #29 Solkar
    3. November 2011

    Florian Freistetter schrieb:

    Ein typischer Dunkler Stern hat etwa die gleiche Masse wie unsere Sonne, ist aber wesentlich größer. Würde man einen davon in unser Sonnensystem setzen, dann würde er den gesamten Raum innerhalb der Bahn des Saturns ausfüllen! Dabei ist er trotz seiner Größe relativ kühl, an der Oberfläche hat er nur etwa 10000 Kelvin

    Sehr alt können solche Dark Stars (DS) dann ja ohne Futter auch nicht werden – einmal über den Daumen mit P ∝ R**2 T**4 bei zeitlich konstantem Radius gerechnet:

    R_DS ~ a_♄= 1.4E12 m
    T_DS ~ 1E4 K
    M_DS ~ M_☉ ~ 2E30 kg
    R_☉ ~ 7E8 m
    P_☉ ~ 4E26 W
    T_☉ ~ 6E3 K

    P_DS = (R_DS/R_☉)**2 . (T_DS/T_☉)**4 . P_☉ ~ 4E6 . 6.6 . 4E26 W ~ 1E34 W,

    was einem Massedefekt ΔM von ~1E17 kg/s entspricht; somit einer maximalen Lebenserwartung von

    M_DS/ ΔM = 2E13 s ~ 633000 yrs.

    Da wäre aber dann keine Sternleiche über, sondern der DS wäre komplett zerstahlt somit schlicht “weg”.

    Selbst wenn der DS aufgrund des Masseverlustes schnell schrumpft (man muss eigentlich dP ∝ R(dM) ansetzen) wird der imo ohne Futter nicht gerade alt.

    Oder trägt wegen der geringen Dichte die Abweichung vom typischen, viel dichteren, Sternen so stark bei, dass sich die Energiebilanz komplett anders darstellt?

  30. #30 stromgeist
    3. November 2011

    @Florian: Die Umwandlung von Masse in Energie würde das Universum nicht leichter machen…. Wenn du z.B. mit einer supergenauen Waage eine ungespannte und eine gespannte Feder wiegen würdest, dann würde die gespannte mehr wiegen, weil in ihr mehr Energie steckt.

    Noch eine dumme Frage (weil ich mich damit nicht auskenne): Würde das dann auch bedeuten, dass ein Körper schwerer wird, wenn man ihn bestrahlt? Ist mit anderen Worten ein Körper in kalter Dunkelheit leichter als im warmen Licht?

  31. #31 Bjoern
    3. November 2011

    @Niels:

    (Z-Boson und (Anti)-Z-Boson annihilieren doch auch nicht.)

    Doch, das können sie – würde ich sagen. In der elektroschwachen Theorie gibt es meines Wissens Drei-Bosonen-Vertizes, d. h. drei Z-Bosonen treffen an einem Punkt zusammen. So einen Vertex kann man durchaus so interpretieren, dass da zwei Z-Bosonen zu einem “verschmelzen”. Weil die Energie-Impuls-Bilanz da aber nicht aufgeht, ist das entstandene einzelne Z-Boson aber virtuell; es wird seinerseits wieder in ein Teilchen-Antiteilchen-Paar zerfallen (z. B. Elektron plus Positron). Wie soll man das anders bezeichnen als “zwei Z-Bosonen annihilieren, und aus der Energie entsteht ein Teilchen-Antiteilchen-Paar”?

    Allerdings hab ich wirklich noch nie von Photon-Photon-Paarvernichtung gehört und es ist mir außerdem völlig schleierhaft, über welchen Mechanismus das ablaufen sollte.

    Direkt geht’s nicht, aber über den Umweg virtueller Fermionen. Feynman-Diagramm: ein Dreieck aus einer Fermion-Linie (z. B. Elektron), an jeder Ecke eine Wechselwirkung mit einem Photon. Das Diagramm kann man so interpretieren, dass zwei Photonen zu einem annihilieren (und dann gilt dasselbe wie oben zu den Z-Bosonen gesagte)

    (hm, andererseits gibt’s bei dem Diagramm die üblichen Probleme mit den Divergenzen in der Quantenfeldtheorie, die dann durch Renormierung etc. gelöst werden – könnte sein, dass als Endresultat das Diagramm dann doch gar nichts beiträgt… da war doch mal was… lang, lang ist’s her… 😉 muss mal nachschauen, ob ich dazu noch irgendwo was finde)

  32. #32 Alderamin
    3. November 2011

    @stromgeist

    Wenn er sich durch die Bestrahlung erwärmt, ja, um den Anteil der inneren Energie, die in der Wärmebewegung der Moleküle steckt.

    Ansonsten erfährt der Körper, wenn er frei schwebt, eine Stoßkraft durch den Impuls der Photonen, die ihn beschleunigen würde. Das würde seine bewegte Masse erhöhen, sobald er sich in Bewegung setzt. Bei der kaum messbaren Bewegung durch den Lichtdruck wäre das allerdings ein äußerst minimaler Effekt.

  33. #33 Niels
    3. November 2011

    @Bjoern
    Okay. An so etwas hab ich nicht gedacht.
    Danke.

    muss mal nachschauen, ob ich dazu noch irgendwo was finde

    Wäre schon, wenn du das noch machst.

  34. #34 Bjoern
    3. November 2011

    @Niels: Hab’ noch mal nachgeschaut – die oben erwähnten Probleme bei solchen Diagrammen gibt es tatsächlich, aber nur bei “axialen Strömen” (“axial anomaly” oder “chiral anomaly”; die gibt es in der Quantenelektrodynamik aber gar nicht!); und in dem Fall kann man tatsächlich zeigen, dass sich alle Beiträge zum Graph gegenseitig wegheben. Bei normalen (“Vektor”-)Strömen scheint es diese Probleme aber nicht zu geben (wenn ich’s richtig verstanden habe), und da hebt sich auch nichts gegenseitig weg. Also müsste der oben erwähnte Dreiecks-Graph tatsächlich einen Beitrag liefern.

  35. #35 stromgeist
    3. November 2011

    @Aldemarin: “Bei der kaum messbaren Bewegung durch den Lichtdruck wäre das allerdings ein äußerst minimaler Effekt.”

    Danke für die Aufklärung! Aber auch viele kleine Effekte können sich ja schnell zu einem menschlich vorstellbaren Maß summieren, wie z.B. ein – hier sicherlich nicht ganz passender, aber vielleicht auch nicht völlige abwegiger – Vergleich zu dem Versuch einer Berechnung des Gewichts (!) aller über das Internet verfügbaren Informationen zeigen mag… 😉

  36. #36 Niels
    3. November 2011

    @Bjoern
    Danke.
    Wieder was gelernt heute. 😉

  37. #37 Pia Teresa van Wyk
    3. November 2011

    Besteht da nicht eine Chance, das man auf Dunklen Sternen, Wasser und somit Lebensformen findet?

  38. #38 Boron
    3. November 2011

    War das ernst gemeint? Falls ja: Wie soll denn bei 10.000 K Oberflächentemperatur flüssiges Wasser – die Voraussetzung allen Lebens – existieren?

  39. #39 rolak
    3. November 2011

    Höchstwahrscheinliche die übliche Kurzform von ‘auf Planeten in noch zu findenden Systemen mit Dunklen Sternen’, Boron, genau wie das bekannte ‘zu fernen Sternen reisen’.

  40. #40 Florian Freistetter
    3. November 2011

    @Pia Teresa van Wyk: Planeten und Lebewesen die darauf leben, kann es damals noch nicht gegeben habe. Damals gab es nur Wasserstoff und Helium. All die schweren Elemente, aus denen z.B. die Erde oder wir Menschen bestehen, existierten noch nicht. Die mussten erst in den ersten Sternen selbst erzeugt werden. Erst als das geschehen war, konnten sich auch Planeten und etwaige Lebewesen bilden.

  41. #41 rolak
    3. November 2011

    Dann andersherum gefragt: Was verhindert denn die Neubildung solcher dunklen Sterne? DM zu weit verstreut?

  42. #42 Boron
    3. November 2011

    Also “”zu fremden Sternen reisen” implizert zwar, dass damit die darum kreisenden Planeten als Resieziel gemeint sein könnten, aber sie müssen nicht. Vielmehr würde ich unter dieser Redenwendung verstehen, dass sie sich generell auf Reisen außerhalb unseres Sonnensystems bezieht. Aber sei’s drum.

    Offenbar war ich aber so irritiert von der vermeintlichen Absurdität Pia Teresa van Wyks Frage, dass ich die im Blogeintrag erwähnte Tatsache, dass es sich bei Dunkelsternen um die erste Generation von Sternen handelte, irgendwie verpeilt hab.

    Würde mich aber auch interessieren (und die Frage kam, glaub ich, noch etwas weiter oben schon einmal), wie es mit “jungen” Dunkelsternen aussieht. Potenziell möglich oder nicht (ich mein, es gibt ja offenbar immernoch mehr dunkle als “normale” Materie im All)? Wenn ja, dann könnten diese Sterne doch durchaus Planeten haben.

  43. #43 Pia Teresa van Wyk
    4. November 2011

    Ups, Baron und Herr Freistetter ist logisch, danke fuer die die schnelle Antwort!

  44. #44 Wurgl
    13. Dezember 2011

    Vielleicht bin ich hier Off-Topic, ich frag mal trotzdem.

    In Bild der Wissenschaft 12/2011gibts so einiges zu dunkler Materie, WIMPS usw. zu lesen. Unter anderem wird auch das Experiment DAMA genannt und — darum dreht sich jetzt meine Frage — jahreszeitliche Schwankungen. Dort steht, dass man im Sommer etwas mehr Ereignisse misst als im Winter und man erklärt sich das so, dass dies die Folge des Umlaufs der Sonne um die Galaxis ist. Auch bei anderen Experimenten scheint es saisonale Schwankungen zu geben (im Absatz ist von CoGeNT die Rede, aber ob das damit gemeint ist oder andere ist mir unklar). ((zum Nachlesen: Seite 52, mittlere Spalte unterer Absatz bzw. Seite 53, likne und mittlere Spalte über den Umbruch hinweg)).

    So, aber nun: Wenn tatsächlich der Umlauf um die Galaxis die Ursache für diese Schwankungen ist, würde das denn nicht bedeuten, dass sich diese Dunkle Materie mit einer anderen Geschwindigkeit um das Zentrum der Galaxis bewegt als es die Sonne tut? Oder das Zeuchs müsste gegenläufig rotieren? Irgendwie will ich das nicht so schlucken, wie das in dem Artikel steht.

  45. #45 Florian Freistetter
    13. Dezember 2011

    @Wurgl: Sorry, ich kenn den Artikel nicht und bin auch nicht wirklich Experte für die Dynamik dunkler Materie. Aber es wäre nicht so weit hergeholt, wenn sie sich anders bewegt als die Sonne. WIMPs wechselwirken ja per Definition nicht bzw. kaum mit Materie bzw. sich selbst. Die gehen also glatt durcheinander durch. Normale Materie oder z.B. die Sonne kann durch interstellare Materie o.Ä. gebremst werden. Siehe z.B. den Bullet Cluster. http://en.wikipedia.org/wiki/Bullet_Cluster

  46. #46 Wurgl
    14. Dezember 2011

    Gebremste Sonne würde dann aber dazu führen, dass sich die Sonne immer näher an das galaktische Zentrum heranarbeitet. Die Gravitation in Richtung Zentrum wirkt ja immer noch.

    Wenn sich die DM mit der baryonischen Materie dreht, dann gäbe es ja keinen Unterschied, die Sonne würde relativ zur DM stillstehen und die Bewegung der Erde würde immer die gleiche Relativgeschwindigkeit haben (aber eine andere Richtung).

    Die einzige Erklärung die noch bleibt, ist dass DM sich einfach “chaotisch” um das galaktische Zentrum dreht, ein Teil in gleicher Richtung wie die Baryonen und ein Teil in entgegengesetzter Richtung (und andere Teile drehen sich in ganz anderen Ebenen). Der entgegengesetzt drehende Anteil könnte dann diese Differenz bei den Messungen ausmachen. Das würde dann mit meinem Halbwissen zusammenpassen, dass sich DM kugelförmig um die Galaxis zusammenballt — eben nicht scheibenförmig wie baryonische Materie.

    Das galaktische Zentrum umkreisen oder umellipsen wird das Zeugs wohl, Kepler gilt ja immer noch.