Wenn ein sehr großer Stern am Ende seines Lebens kollabiert, dann fällt er unter seiner eigenen Schwerkraft so stark zusammen, dass sich ein schwarzes Loch bildet (das übrigens kein Staubsauger ist). Die Masse dieser stellaren schwarzen Löcher entspricht der normaler Sterne. In den Zentren der Galaxien findet man allerdings auch sogenannte supermassereiche schwarze Löcher. Die können einige Milliarden mal massereicher sein, als ein typischer Stern. Noch ist unklar, wie sie sich bilden. Es kann keinen Stern geben, der so gewaltig ist, dass am Ende seines Lebens ein supermassereiches schwarzes Loch entsteht. Viel wahrscheinlicher ist es, dass die Verschmelzung von “mittelschweren schwarzen Löchern” für die riesigen schwarzen Löcher verantwortlich ist. Über diese Zwischengröße weiß man noch wenig; man hat sie erst vor wenigen Jahren das erste mal beobachtet. Ein australischer Astronom und sein Team haben nun aber eines davon genau unter die Lupe genommen (“A Young Stellar Population Around the Intermediate
Mass Black Hole ESO 243-49 HLX-1”
).

Das Objekt trägt den Namen Hyper-Luminous X-ray source 1 bzw. HLX1. Am Namen kann man auch gleich erkennen, wie man die schwarzen Löcher überhaupt “sehen” kann. Denn eigentlich sind sie ja schwarz, also unsichtbar. Sie geben keine Strahlung ab und sind daher per Definition eigentlich unsichtbar. Das stimmt, aber man kann das sehen, was sich ganz in der Nähe eines schwarzen Lochs befindet. Die Löcher sind nämlich normalerweise von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Das Material in der Scheibe bewegt sich sehr schnell und gibt dabei Strahlung – vor allem im Röntgenbereich – ab. Das kann man sehen, sehr gut sogar. Im Röntgenlicht ist die Umgebung schwarzer Löcher enorm hell, so hell, dass man es auch noch in fernen Galaxien sehen kann. In dieser hier zum Beispiel:

i-7763e3349f01c6ed59bc85646def47f3-hs-2012-11-a-web_print-thumb-500x400.jpg

Das ist die Spiralgalaxie ESO 243-49, die wir fast genau von der Seite sehen. Sie enthält ein mittelschweres schwarzes Loch, die Position der entsprechende Röntgenquelle ist im Bild markiert. Das Röntgenteleskop XMM-Newton hat hier schon 2009 ein schwarzes Loch mit der zwanzigtausendfachen Masse der Sonne entdeckt. Das Bild selbst zeigt allerdings keine Röntgenaufnahme, sondern die nachfolgenden Beobachtungen, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop gemacht worden sind. Die haben gezeigt, dass das schwarze Loch von einem Haufen aus jungen, blau-leuchtenden Sternen umgeben ist. Die kann man auch nicht sehen (dafür ist die Galaxie zu weit entfernt), man sieht nur einen blauen Fleck. Wenn man das Licht von dort aber genau analysiert und in seine Bestandteile aufspaltet, dann zeigt sich, dass es von einem circa 250 Lichtjahre durchmessenden Haufen stammen muss, der aus einigen hunderttausend Sternen besteht.

Was man hier beobachtet, ist aller Wahrscheinlichkeit nach der letzte Rest einer kleinen Zwerggalaxie bzw. eines Kugelsternhaufens, den ESO 243-49 vor ungefähr 200 Millionen Jahren verschluckt hat. Die kleine Galaxie wurde von der großen auseinandergerissen; die Gezeitenkräften die auftreten, wenn sich zwei Galaxien nahe kommen sind enorm (ich habe erst kürzlich darüber geschrieben). Gleichzeitig haben die Gezeitenkräfte aber auch die Gaswolken in der Galaxie gestört und sie zum kollabieren gebracht. So entstanden jede Menge neue Sterne. Alles was von der aufgefressenen Galaxie noch übrig ist, ist deren zentrales schwarzes Loch – kein supermassereiches sondern nur ein mittelgroßes – und eine Hülle aus jungen, bei der Kollision entstandenen Sternen.

Zwerggalaxien bzw. Kugelsternhaufen gibt es jede Menge. Alle größeren Galaxien sind von hunderten kleinerer Begleiter umgeben. Wenn sich die große Galaxien immer wieder mal ein paar davon einverleiben, dann können deren kleinere zentrale schwarze Löcher im Laufe der Zeit mit dem zentralen schwarzen Loch der großen Galaxie verschmelzen und so die gigantischen supermassereichen schwarzen Löcher erklären, die wir überall beobachten. Natürlich gibt es hier noch jede Menge Details zu klären. Und jede Menge Beobachtungen zu machen. Den Astronomen wird die Arbeit nicht ausgehen…

Kommentare (29)

  1. #1 Kaktusstreichler
    18. Februar 2012

    Hallo,
    ich habe vor einiger Zeit mal gehört, dass eigentlich noch recht unklar ist, wie und wann solche riesigen Schwarzen Löcher mit vielen Milliarden Sonnenmassen entstehen. Damals herrschte noch die Meinung vor, dass es wahrscheinlich sein könnte, dass die Entstehung dieser Schwarzen Löcher eng mit der Entstehung der Galaxien als solches verknüpft ist und dass man darüber eigentlich noch nicht viel weiß, also ob nun zuerst die Galaxien da waren und sich mit der Zeit in der Mitte ein Schwarzes Loch bildet oder ob erst irgendwann im Lebenslauf des Universums Schwarze Löcher entstanden und sich darum herum die Galaxien ansammelten oder ob das alles gleichzeitig ablief, also sich nach dem Urknall und der Entstehung der Materie eben direkt aus kollabierendem Gas sehr schnell solche großen Schwarzen Löcher bildeten und eben auch Sterne, was dann letztendlich zu den heutigen Galaxien führte.
    Und dann spielte ja bei der Entstehung der Galaxien und der Galaxienhaufen usw. offenbar auch die Dunkle Materie eine entscheidende Rolle, da ohne sie die Galaxien gar nicht existenzfähig wären. Ist es denn möglich, dass auch aus Dunkler Materie an sich Schwarze Löcher entstehen und dass die supermassiven Schwarzen Löcher vielleicht auch zum Teil aus ursprünglich Dunkler Materie bestehen? Denn gravitativ sollte sich die Dunkle Materie ja genauso verhalten wie baryonische Materie, soweit ich das bisher verstanden habe.
    Und was würde denn passieren, wenn Dunkle Materie in ein Schwarzes Loch stürzt? Bei baryonischer Materie wird das Schwarze Loch ja dann zu einem Quasar und zu einer aktiven Strahlungsquelle. Würde das denn bei Dunkler Materie auch passieren?

  2. #2 Florian Freistetter
    18. Februar 2012

    @Kaktusstreichler: “Und was würde denn passieren, wenn Dunkle Materie in ein Schwarzes Loch stürzt? Bei baryonischer Materie wird das Schwarze Loch ja dann zu einem Quasar und zu einer aktiven Strahlungsquelle. Würde das denn bei Dunkler Materie auch passieren? “

    Wenn dunkle Materie in ein SL fällt, dann wächst die Masse des SL und die dunkle Materie bleibt drin. Genauso wie bei normaler. Das mit Quasar hat nichts mit dem zu tun, was IM SL passiert. Da kommt keine Strahlung raus. Ein Quasar ist ein aktiver Galaxienkern; als ein SL, das von einer großen Akkretionsscheibe aus Gas und Staub umgeben ist, die Strahlung abgibt. Da dunkle Materie sich aber nicht zu kompakten Objekte wie ner Scheibe verdichtet und auch keine Strahlung abgibt, wird es keine Akkretionsscheiben aus dunkler Materie geben.

  3. #3 Alderamin
    18. Februar 2012

    @Florian

    Da dunkle Materie sich aber nicht zu kompakten Objekte wie ner Scheibe verdichtet und auch keine Strahlung abgibt, wird es keine Akkretionsscheiben aus dunkler Materie geben.

    Womit es für die DM unmöglich wird, ihre Bewegungsenergie abzustrahlen, so wie Materie das kann, deswegen fällt sie auch nicht so effektiv in ein Schwarzes Loch, da muss es schon zufällige Volltreffer des Ereignishorizonts geben, und der ist klein. Darüber hatten wir =>nebenan schon mal diskutiert.

  4. #4 Kaktusstreichler
    18. Februar 2012

    Hallo Florian,
    Danke für deine schnelle Antwort. Ja, das mit der Strahlung leuchtet mir ein. Also wird dann da quasi durch “Reibung” des Gases in der Scheibe die potentielle Energie des Gases bzw. Staubes frei, die dann in Wärme bzw. Strahlung umgewandelt und abgegeben wird und dann halt leuchtet? Und dass Dunkle Materie elektromagnetisch nix gemacht, leuchtet mir auch ein.
    Aber so ganz habe ich noch nicht verstanden, warum die Dunkle Materie nicht so verklumpt, wie normale Materie bzw. warum die keine Akkretionsscheibe bilden kann. Ich dachte immer, gerade im kosmischen Maßstab wäre die Gravitation die alles bestimmende Kraft und der Elektromagnetismus in erster Näherung vernachlässigbar. Und bei der Bildung einer solchen Scheibe müsste ja eigentlich auch die Gravitation die entscheidende Rolle spielen, weshalb ich annahm, dass Dunkle Materie sich in dieser Hinsicht ähnlich verhalten würde wie normale, da sie sich ja offenbar gravitativ gleich verhalten, auch wenn Dunkle Materie dann nicht strahlen würde.

    Bei der normalen Materie wandelt sich ja ein Teil der potentiellen Energie des Gases in Strahlung um (durch die Reibung in der Akkretionsscheibe) und wird wieder abgegeben, bevor die Materie im Loch verschwindet. Das kann ja dann bei der Dunklen Materie nicht passieren, da die ja nicht “elektromagnetisch aktiv” ist. Würde sich denn da die gesamte potentielle Energie in kinetische umwandeln und sich die Materie immer schneller beschleunigen, beschleunigen und beschleunigen, bis sie ins Loch reinfällt und nimmt somit die gesamte Energie mit?
    Und interessant wäre ja, darüber nachzudenken, wie und ob die Dunkle Materie eventuell bei der Entstehung der großen Schwarzen Löcher in den Galaxien eine wichtige Rolle spielte.
    Ich finde das Thema halt sehr interessant, aber man findet leider nicht sehr viel konkretes halbwegs populärwissenschaftliches darüber, wahrscheinlich weil man erst am Anfang solcher Untersuchungen steht. Aber die entsprechenden physik-theoretischen Paper, die sich damit beschäftigen, sind mir mathematisch einfach zu hoch. Über das Lösen von Differentialgleichungen bin ich als Ingenieur nie hinaus gekommen und musste ich ja auch nie, aber das reicht leider für solche theoretischen/kosmologischen Themen bei weitem nicht aus.

  5. #5 Marc
    18. Februar 2012

    Florian, du schreibst es könne keinen Stern geben, der so groß ist, dass ein supermassereiches, schwarzes Loch entsteht.
    Aber wo liegen die Obergrenzen für Sterne, wodurch sind die definiert und was würde beim Überschreiten passieren?

  6. #6 Kaktusstreichler
    18. Februar 2012

    Ah. Jetzt hat Alderarmin schon einen Teil meines letzten Beitrages beantwortet, während ich diesen noch getippt habe. Danke 🙂

  7. #7 Alderamin
    18. Februar 2012

    Kaktusstreichler·
    18.02.12 · 13:57 Uhr

    Ah. Jetzt hat Alderarmin schon einen Teil meines letzten Beitrages beantwortet, während ich diesen noch getippt habe. Danke 🙂

    Und zum ersten Teil: die Teilchen der Dunkken Materie können nicht einfach geradewegs ins Schwarze Loch fallen, die werden zwar schneller, wenn sie sich dem SL nähern, haben aber im allgemeinen eine Bewegungskomponente an dem SL vorbei, was einen Drehimpuls bewirkt, der eine Erhaltungsgröße ist. Deswegen müssen sie das SL verfehlen, indem sie eine Keplerellipse (oder Parabel/Hyperbel, je nach Geschwindigkeit) um es herum vollführen müssen. Nur Teilchen, die sich genau radial auf das SL zu bewegen, haben eine Chance es zu treffen.

    Deswegen wäre es auch schwierig, sagen wir mal, Müll in die Sonne zu schießen. Man müsste die komplette Orbitalgeschwindigkeit der Erde von 30 km/s zuerst mal killen, um den Schrott senkrecht auf die Sonne abstürzen zu lassen, sonst würde er an der Sonne vorbeifallen und käme in einer Ellipse wieder zurück. Aus dem Sonnensystem raus bräuchte man nur auf √2*Kreisbahngeschwindigkeit = Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen, das wären nur 42 km/s und somit 12 km/s relativ zur Erdbewegung um die Sonne (in beiden Fällen müsste man allerdings zusätzlich noch die Fluchtgeschwindigkeit der Erde selbst überwinden).

    Die DM kann sich also nur dann verdichten, wenn sie ihre Energie zwischen ihren Teilchen über Gravitation austauscht und einige davon ins Unendliche wegfliegen, dann kann der Rest enger zusammenrücken. So ähnlich wie bei Verdunstungskälte, wo die schnellsten Teilchen entkommen und der Rest dadurch kühler wird. Je mehr Teilchen enger zusammenrücken, desto schwieriger wird es, dass noch welche entkommen, und damit lässt die Verdunstung mit der Zeit nach.

  8. #8 Alderamin
    18. Februar 2012

    Marc·
    18.02.12 · 13:55 Uhr

    Aber wo liegen die Obergrenzen für Sterne, wodurch sind die definiert und was würde beim Überschreiten passieren?

    Bei ca. 150 Sonnenmassen. Wenn der Stern größer wird, hat er schon bei seiner Entstehung einen so starken Sternenwind, dass er weiteres einfallendes Material einfach wegbläst. Er würgt also sein eigenes Wachstum ab.

  9. #9 Florian Freistetter
    18. Februar 2012

    @Marc: “. Aber wo liegen die Obergrenzen für Sterne, wodurch sind die definiert und was würde beim Überschreiten passieren? “

    Je größer ein Stern, desto heißer ist er. Ein Stern kann nur existieren,wenn Gravitation und Strahlungsdruck im Gleichgewicht sind. Die Gravitation will den Stern kollabieren lassen, der Strahlungsdruck dehnt ihn aus. Wir der Stern zu heiß, dann wird er vom eigenen Strahlungsdruck zerrissen. Das passiert ab einer Größe von einigen hundert Sonnenmassen.

  10. #10 Alderamin
    18. Februar 2012

    @Marc

    R136a1 ist mit 265 Sonnenmassen der massereichste bekannte Stern, der bei seiner Geburt sogar 320 Sonnenmassen gehabt haben soll. Es besteht einerseits die Möglichkeit, dass er in Wahrheit aus zwei Sternen besteht. Andererseits könnte entweder die 150-Sonnenmassen-Grenze für die Akkretion falsch sein, oder es gibt noch einen anderen Entstehungsmechanismus, z.B. Verschmelzung zweier Sterne.

  11. #11 Kaktusstreichler
    18. Februar 2012

    Danke Alderarmin,
    ich hatte mittlerweile auch die Diskussion, die Du in deiner ersten Antwort verlinkt hattest, gelesen. Da hattest Du das ja schonmal erklärt, aber Danke dass Du es hier auch nochmal erklärt hast.
    Kann man damit jetzt schon (nahezu) ausschließen, dass die Dunkle Materie bei der Entstehung der supermassiven Schwarzen Löcher (eventuell in Verbindung mit der Entstehung der Galaxien) eine größere Rolle gespielt hat?
    Bei Wikipedia kann man ja lesen, dass nach der Entstehung der Materie in der Frühzeit des Universums die Dunkle Materie zuerst verdichtete Dunkle-Materie-Halos gebildet hat und dann zeitversetzt die baryonische Materie durch die Gravitation da hinein “nachgeströmt” ist und schließlich die eigentlichen Galaxien bildete, die sich dann im Laufe der Zeit natürlich weiterentwickelt haben. Aber ob die Schwarzen Löcher da schon vorhanden waren ODER sich dann im Halo zuerst gebildet haben und sich dann die Galaxien darum herum entwickelt haben ODER ob erst ein großer Haufen Sterne entstanden ist/sind, aus denen sich dann letztendlich erst die großen Schwarzen Löcher entwickelt haben, die dann zum Zentrum der jeweiligen Galaxien wurden (auch wenn das wohl am Anfang noch keine Spiralgalaxien waren), ist wohl noch nicht so richtig geklärt? Oder gibt es schon Vermutungen/Theorien, die schon gut untersucht sind und sich eventuell durchsetzen könnten?

  12. #12 Alderamin
    18. Februar 2012

    Kaktusstreichler·
    18.02.12 · 15:29 Uhr

    Kann man damit jetzt schon (nahezu) ausschließen, dass die Dunkle Materie bei der Entstehung der supermassiven Schwarzen Löcher (eventuell in Verbindung mit der Entstehung der Galaxien) eine größere Rolle gespielt hat?

    Sagen wir’s mal so: die DM hat aus den Gründen, die Du oben aus Wikipedia zitiert hast, eine große Rolle bei der Entstehung der Galaxien gespielt, und die Entstehung der Galaxien ging mit der Entstehung von Supermassiven Schwarzen Löchern in ihren Zentren einher, insofern spielt die DM schon eine Rolle. Sie fällt selbst nicht in nennenswerter Menge in SLs, sorgt aber dafür, dass normale Materie das tun kann, bzw. dass überhaupt SLs entstehen können.

    Oder gibt es schon Vermutungen/Theorien, die schon gut untersucht sind und sich eventuell durchsetzen könnten?

    Es sieht so aus, als ob es einen Zusammenhang zwischen der Entstehung von Supermassiven Schwarzen Löchern und ihren Muttergalaxien gibt, denn man hat ein festes Masseverhältnis zwischen dem kugelförmigen Teil im Zentrum einer Spiralgalaxie (bzw. der gesamten Galaxie im Falle von Elliptischen Galaxien) und der Masse des jeweils enthaltenen Supermassiven Schwarzen Lochs gefunden. Meines Wissens nach ist aber bisher noch ungeklärt, wie dieses Verhältnis zustande kommt, und ob die Supermassiven SLs über den Umweg von Sternen und kleineren SLs entstehen, oder gleich beim Kollaps der Gaswolke, die nachher die Galaxie bildet (Florian hat mir gleiches mal vor einer Weile auf diese Frage geantwortet).

  13. #13 Kaktusstreichler
    18. Februar 2012

    Es sieht so aus, als ob es einen Zusammenhang zwischen der Entstehung von Supermassiven Schwarzen Löchern und ihren Muttergalaxien gibt, denn man hat ein festes Masseverhältnis zwischen dem kugelförmigen Teil im Zentrum einer Spiralgalaxie (bzw. der gesamten Galaxie im Falle von Elliptischen Galaxien) und der Masse des jeweils enthaltenen Supermassiven Schwarzen Lochs gefunden. Meines Wissens nach ist aber bisher noch ungeklärt, wie dieses Verhältnis zustande kommt, und ob die Supermassiven SLs über den Umweg von Sternen und kleineren SLs entstehen, oder gleich beim Kollaps der Gaswolke, die nachher die Galaxie bildet (Florian hat mir gleiches mal vor einer Weile auf diese Frage geantwortet).

    Vielen Dank. Das wollte ich wissen. Ich hatte das ja auch schonmal bei Wikipedia gelesen, aber es wäre ja möglich gewesen, dass es mittlerweile schon neuere Erkenntnisse gibt, die sich vielleicht bisher auf die Wikipedia und populärwissenschaftliche Veröffentlichungen noch nicht niedergeschlagen haben.
    Vielen Dank nochmal an Dich und Florian.

  14. #14 Gustav
    18. Februar 2012

    @Alderamin: Wobei der Partnerstern von R136a1 nur auf wenige dutzend Sonnenmassen geschätzt wird – sollte es ihm wirklich geben. Dann hätte der Größere noch immer von 200 Sonnenmassen aufwärts.
    Beim jetztigen Wissensstand müsste also eine andere Erklärung angenommen werden, eben Sternkollision oder anderer Entstehungsmechanismen.

    Kennt man eigentlich das Spektrum von R136a1? Der Entstehungsprozess von metallarme Sterne läuft ja anders ab, die Population III Sterne hatten ja der Theorie nach bis zu mehreren 100 Sonnenmassen (manchmal liest man sogar bis zu 1000 Sonnenmassen).

  15. #15 Alderamin
    18. Februar 2012

    @Gustav

    Sicher kennt man das Spektrum, R136a1 ist ein Wolf-Rayet-Stern der Spektralklasse WN5, wobei das N für Stickstofflinien steht; schon deswegen und wegen seines jungen Alters kann er kein Population-III-Stern sein, die nur aus Wasserstoff und Helium bestehen. Es hat in der Tat noch nie jemand einen Population-III-Stern gesehen (nach denen soll das James-Webb-Teleskop dereinst suchen). Heutzutage ist das interstellare Gas dermaßen mit Metallen “durchseucht”, dass keine Population III- oder II-Sterne mehr entstehen können. Es sei denn, es gäbe irgendwo im intergalaktischen Raum noch eine isolierte Region, in der heute noch neue Sterne aus ursprünglichem Gas entstünden, was in der Großen Magellanschen Wolke jedenfalls nicht gegeben ist.

  16. #17 Alderamin
    18. Februar 2012

    @Frantischek

    Perfekt, danke!

  17. #18 StefanL
    18. Februar 2012

    …deswegen fällt sie[die DM] auch nicht so effektiv in ein Schwarzes Loch, da muss es schon zufällige Volltreffer des Ereignishorizonts geben, und der ist klein. Darüber hatten wir =>nebenan schon mal diskutiert.

    Für ein 1000GeV WIMP ergibt sich bei 70Lj Entfernung zum Milchstraßenzentrums-SL(Schwarzschildradius etwa 1/10 AE; nicht relativistisch also v_max = 1/10 c) eine Tangetialgeschwindigkeit von etwa 10 m/s , ist es schneller fällt es nicht (direkt) ins Zentrums-SL ; Also bei einem Winkel von 30 Grad (gegenüber dem direktem Weg) wären es dann 20 m/s ( in 70 Lj Entfernung). Da WIMPs in Größenordnungen “mehrere 10 bis 1000 GeV” angenommen werden ergeben sich selbst da maximal 2 Größenordnungen für die ‘leichteren’ WIMPS also um 1 km/s (tangential).
    Warum habe ich “70Lj” gewählt – wegen Aussagen zum galaktischen Zentrum , daß sich in der Raumkugel(r=70 Lj) etwa 10 000 – 20 000 SL befinden sollen …aber alle wohl signifikant kleiner als das ZentrumsSL( bis auf eines in 3Lj Entfernung zum Zentrum, das etwa 1/4 des Zentrum SL ist). Nun ist die Wahrscheinlichkeit in diesem Bereich doch mit einem Ereignishorizont in Kontakt zu geraten etwas höher als in anderen galaktischen Gegenden…
    Das nun vieleicht etwas weniger ‘theoretisch’: so ein WIMP (1 km/s) hätte auf ‘Höhe’ des Sonnensystems etwa eine Geschwindikkeit von (Größenordnung) 10e5 m/s = 100 km/s . Beobachtungsergebnisse für unser Sonnensystem ergeben allerdings , daß sich ‘Masse’ hier wohl mit um die 250 km/s ums galaktische Zentrum rotiert…D.h. – so wie ich das verstehe – sobald CDM sich nicht mehr ausschließlich in Richtung eines ‘Dichtezentrums’ bewegt ist (also auch ‘beliebige Bahnen’ etwas eingeschränkt sind) und sie sich im wesentlichen wie die baryonische Materie (in der Galaxis) bewegt ist der Beitrag den ‘schnelle’ DM-teilchen durch “unter den Ereignishorizont eines SL”-Fallens zur Verminderung der Durchschnittsgeschwindigkeit( Verdichtung) des DM-Halo beitragen “überschaubar”…nur ist so natürlich auch die Wahrscheinlichkeit ‘permanent von DM durchdrungen zu werden’ gar nicht so hoch, da sie sich( bzw. eher das Fünftel baryonischer Materie) ja irgendwie gleichförmig mitbewegt.

    Noch etwas zur DM/WIMPs (über Fermi Large Area Telescope)
    http://arxiv.org/abs/1202.1707

  18. #19 StefanL
    18. Februar 2012

    Was für ein Blödsinn – aber dafür ist’s ja ein Blog und kein paper … natürlich wäre die (Grenz-)Tangentialgeschwindigkeit eines 10 GeV WIMPs bei 25 000Lj vom zentralen SL , also auf der Bahn der Sonne, etwa 3m/s ….

  19. #20 Alderamin
    19. Februar 2012

    StefanL·
    18.02.12 · 22:33 Uhr

    Was für ein Blödsinn – aber dafür ist’s ja ein Blog und kein paper … natürlich wäre die (Grenz-)Tangentialgeschwindigkeit eines 10 GeV WIMPs bei 25 000Lj vom zentralen SL , also auf der Bahn der Sonne, etwa 3m/s ….

    Dann beachtest Du aber nicht die übrige Masse innerhalb der Bahn der Sonne, vielleicht 100 Milliarden Sonnenmassen und das Vierfache an dunkler Materie. Tatsächlich ist die Bahngeschwindigkeit der Sonne um das Galaktische Zentrum etwa 220 km/s und so schnell wird sich auch die DM hier im Mittel bewegen.

  20. #21 Wurgl
    19. Februar 2012

    Neuere Messungen haben eine Umlaufgeschwindigkeit von ca. 267 km/s (961.200 km/h) ergeben.

    Hmm. 280 km/s hab ich auch schon mal wo gelesen. *erinner* Egal.

  21. #22 Alderamin
    19. Februar 2012

    @Wurgl

    Die 220 km/s hatte ich aus dem Wiki-Artikel in Erinnerung.

    @myself

    Unfug, in den 100 Milliarden Sonnenmassen (eher noch mehr, nach außen wird die Milchstraße ja dünner) ist die DM schon enthalten.

  22. #23 StefanL
    19. Februar 2012

    … Ich schrieb zur (tatsächlichen) Geschwindigkeit der Sonne ( bzw. bei der für das Sonnensystem geltenden Entfernung zum galaktischen Zentrum) ‘um die 250 km/s’. In der Literatur/Artikeln wird zwischen 220 und 280 km/s geschwankt … die ‘neuste’ Zahl die ich gelesen habe war entweder 238 oder 267 km/s … weiß nicht welche da neuer/verläßlicher ist… und bin zu faul zum suchen :-). Die 3m/s wären die maximale tangentiale Grenzgeschwindigkeit die ein ‘leichtes’ WIMP im Sonnensystem haben dürfte um mehr oder weniger direkt ins Zentrums SL zu fallen… und die Anzahl solcher WIMPs ist wohl eher als außerordentlich gering einzustufen 😉

  23. #24 Marc
    19. Februar 2012

    Danke Alderamin und Florian für die Erklärung.

  24. #25 Ralph Ulrich
    20. Februar 2012

    Ich bin der Ansicht von Kaktusstreichler. Wenn
    – der weitaus größte Anteil der schweren Materie aus DM besteht
    – SuperMassiveSchwarzeLöcher Milliarden fach schwerer sind als Sonnen
    dann
    – reicht die bisherige Zeit des Universums nicht aus für nur baryonische Materie
    – ist die Wahrscheinlichkeit der Beteiligung von DM hoch

    Dunkle Materie wird in englischen Artikeln auch mit der Bezeichnung “schwach interagierend” versehen. Warum soll es nicht sehr zufällige Zusammenstöße zwischen DM Teilchen geben. Dabei zerstrahlen sie dann nicht sondern ändern ihren Richtung. Eins fällt dann einfach radial ins schwarze Loch. Da DM keine Reibung kennt, hat sich keine Akkregationsscheibe gebildet. Die DM Teilchen schwirren also anders als baryonische Materie nicht gleichförmig in einer Richtung auf einer Scheibe um das zentrale SchwarzeLoch, sondern folgen noch folgen noch Urknall mäßig völlig chaotisch zufälligen Flugrichtungen. Dadurch ist die Chance größer als bei normaler Materie, dass bei einem Zusammentreffen die Flugrichtungen so gegeneinander stehen, dass eine Aufhebung der Richtungen und als Folge ein radialer Fall ins zentrale SL möglich wird.

    Wenn man irgendwie wissen könnte, wie groß der kontinuierliche Anteil des Falls der DM ins zentrale SchwarzeLoch ist, könnte man daraus wesentlich Charaktereigenschaften der DM erschließen. Ich wette, dass die wesentlichen Erkenntnisse über DM nicht vom Cern kommen werden, sondern von Beobachtungen zentraler schwarzer Löcher.

    … wenn es denn DM gibt. Ich bin immer noch dagegen.

  25. #26 Gustav
    20. Februar 2012

    “… wenn es denn DM gibt. Ich bin immer noch dagegen.”

    Wo genau kann man da abstimmen, ob man dafür oder dagegen ist? 😉

  26. #27 StefanL
    20. Februar 2012

    Nehmen wir an in der Galaxis hat es 100Mrd. Sonnenmassen baryonische Materie. Das vierfache an (C)DM /WIMPs . Also etwa 8*10e41 kg DM . Großzügig wie wir sind ~10e42 kg.Wären alles ‘leichte’ WIMPs (10 GeV) so wären dies etwa 10e71 WIMPs im galaktischen Halo ( angenommen alle (hypothetische) DM würde aus diesen leichten WIMPs bestehen). Der Halo wiederum ist etwa eine Kugel mit r = 50 000 Lj. Und so mit Volumen ~ 6*10e53 Kubikmeter. Wir hätten also – durchschnittlich gleichmäßig verteilt, einigermaßen gerechtfertigt durch keine bislang beobachteten DM-Dichteschwankungen im Halo- 1/6 * 10e18 WIMPs pro Kubikmeter. Belassen wir’s bei 10e18, das erlaubt uns dann sogar (rotationssymmetrische)Gebiete im Halo mit bis zu 6-facher Durchschnittsdichte zu zulassen. Völlig “chaotisch”(= nahezu beliebig?) können die Bahnen nicht sein da sich sonst (aufgrund der gravitativen Koppelung) nicht eine derartig ‘langlebige und gleichförmige’ Bewegung der baryonischen Materie zeigen dürfte. Nun weiter: in einem Kubikzentimeter hätten wir also grob (bis zu) 10e12 WIMPs. Diese WIMPs haben dann etwa ein Gewicht von 10e-17 kg = 10e-14 g … verglichen mit 1 Kubikzentimeter Wasser der immerhin 1g wiegt, ist das dann eher etwas mit viel Platz dazwischen… Nun vielleicht keine gesicherte Erkenntnis aber recht plausibel ist ein WIMP ‘kleiner’ als ein Proton. In einen Kubikzentimer würden volumenmäßig mindestens 10e38 Protonen/Neutronen passen. Haben wir also nun 10e12 WIMPs in einem Kubikzentimeter und kommt da noch ein weiteres dazu, so gibt es schonmal 10e38 – 10e12 = 10e12 *( 10e26 -1) disjunkte ‘Plätze’ in diesem Kubikzentimeter an denen das zusätzliche WIMP sein kann ohne mit einem anderen der 10e12 in unmittelbare Berührung zu geraten. Spricht irgendwie nicht für ‘häufige’ Kollisionen. Vermutlich ist heutzutage von den ‘zu langsamen’ DM-teilchen auch nicht mehr genug vorhanden um signifikante Effekte der Wechselwirkung zwischen WIMPs und der Zentrumsregion der Galaxis beobachten zu können. Anders mag das in der ‘Anfangszeit’ des Universums gewesen sein so, daß da durchaus signifikante Mengen an ‘aus Ruhelage’ radial auf Dichteschwankungen zu beschleunigte CDM zur Entstehung entsprechender SLs (sozusagen als Kristallisationskerne für Galaxien) beteiligt war.

  27. #28 Ralph Ulrich
    21. Februar 2012

    @StefanL,
    ich glaube auch, dass es in der Anfangszeit des Universums viel mehr Radialbewegungen hin auf Zentren der Schwerkraft gegeben hat. Elyptische Bahnen entstehen erst durch die später vorhandenen Relativbewegungen. Deswegen wohl auch die vielen übergroßen Sterne in den Anfangszeiten.
    Trotzdem,
    wenn man irgendwie den heutigen kontinuierlichen Anteil der DM am Wachstum der scharzen Löcher wüsste, könnte man sehr, sehr viel daraus auf die Beschaffenheit der DM schließen, zB wie groß die Teilchen sein müssten, wie schnell sie sind, wie nah sie sich kommen müssen um doch zu interagieren.

    @Gustav,
    warum ich gegen DM bin:
    – Wenn es DM gibt, wird sie auch irgendwann künstlich in unseren Beschleunigern hergestellt. Dann gibt es aber eine Zauberei, die kein Physiker gerne sieht, weil die DM zu schwach interagiert: Es wird einen “Energie wegzaubern” Effekt geben. Nichts mehr mit all unseren schönen Energieerhaltungssätzen ….

    – Es könnte sparsamere und somit intelligentere Theorien geben, die ohne DM auskommen. Irgendwas in der MOND Art, dass Gravitation in Wirklichkeit stärker ist, als wir – in unserem Meer von Gravitation schwimmend – bemerken können. Nach meiner persönlichen Idee ist Materie an zusätzliche Dimensionen gekoppelt, die dieses mehr an Gravitation, was wir nicht bemerken, weiter nach außen trägt. Diese Zusatzdimensionen tragen die Gravitation gleichmäßig über weitere Strecken, was zu dem Halo führt, den wir als DM Halo unserer Galaxie interpretieren. Allerdings kann meine Idee keine Phänomene erklären, bei der sich normale Materie und DM trennen. Da dieses aber bisher nur seltenst entdeckt wurde, könnte ich mir noch vorstellen, dass solches auch anders erklärt werden könnte. Aber ein weiteres Gegenargument ist wohl der Nachweis von kleineren Galaxien ganz ohne DM …

  28. #29 StefanL
    22. Februar 2012

    @ Ralph Ulrich
    Weiterführendes zu MOND/TeVeS die selbst wohl unzureichend sind als relativ einfache Vertreter ganzer Klassen von Skalarfeld-Metrik Formalismen: http://arxiv.org/abs/0805.1726
    Hmm – wie erklärst Du in deiner Theorie bei winzigen(?) Zusatzdimensionen den den ‘Transport(!)’ von (Gravitations-)Energie über weite Strecken?
    ..und Dir ist schon bekannt, dass die Annahme zusätzlicher Dimensionen (Stringtheorie) auch zu (Super)Symmetrien führt?