Dunkle Materie ist keine Erfindung, wie wir in Teil 1 der Serie festgestellt haben. Schon seit bald 80 Jahren gibt es Beobachtungsdaten, die uns zeigen, dass im Universum tatsächlich mehr sein muss, als nur das, was leuchtet. Diese Entdeckungen habe ich in Teil 2 und Teil 3 der Serie erklärt. Und in Teil 4 war das frühe Universum an der Reihe, das uns ebenfalls zeigte, dass dunkle Materie existieren muss. Teil 5 hat sich mit MOND beschäftigt, der Modifizierten Newtonschen Dynamik. Diese Alternative zur dunklen Materie hat sich aber im Laufe der Zeit als immer weniger praktikabel herausgestellt. Denn die dunkle Materie findet man nicht nur, wenn man die Bewegung der Galaxien und Sterne analysiert, sondern auch bei der Suche nach dem ersten Licht im Universum.

Ich habe in Teil 4 schon über die kosmische Hintergrundstrahlung geschrieben (und verweise nochmal auf meine ausführliche Erklärung hier). Sie ist das älteste Licht, das wir sehen können und ermöglicht uns daher den weitesten Blick in die Vergangenheit. Das, was wir mit der kosmischen Hintergrundstrahlung sehen, ist schon 380.000 Jahr nach dem Urknall entstanden; zu dem Zeitpunkt bildeten sich die ersten Atome und das Licht konnte sich ungehindert ausbreiten. Die Art und Weise wie die Materie im frühen Universum verteilt war, bestimmte seine weitere Entwicklung. Die kleinen Unregelmäßigkeiten und Dichteunterschiede waren der Ausgangspunkt der ersten Sterne und Galaxien. Es gibt allerdings zwei verschiedene Arten, wie das passieren konnte.

Vielleicht haben sich zuerst sehr große Strukturen gebildet, gigantische Wolken aus Gas, die erst im Laufe der Zeit zu kleineren Objekten fragmentierten: Den Galaxien, die wir heute beobachten können.

Oder aber es bildeten sich zuerst die kleinen Objekte, die sich dann im Laufe der Zeit zu großen Galaxienhaufen und Superclustern zusammengefunden haben.

Es ist natürlich prinzipiell interessant zu wissen, wie sich die Strukturen im Universum gebildet haben. In diesem Fall kann es uns aber auch etwas über die Natur der dunklen Materie verraten. Wir wissen ja schon aus anderen Beobachtungen der Hintergrundstrahlung, dass die dunkle Materie sich von der normalen Materie unterscheiden muss. Die dunkle Materie muss also aus bisher unbekannten Elementarteilchen bestehen; Teilchen, die nicht so mit dem Rest der Materie interagieren, wie wir es gewohnt sind. Sie üben eine Gravitationskraft aus, aber die elektromagnetische Kraft lässt sie völlig kalt – weswegen sie auch unsichtbar sind. Diese “nicht-baryonische”-Materie kann man in zwei grundlegende Arten unterteilen.

Das erste Neutrino wurde in einer Blasenkammer entdeckt (Bild: Argonne National Laboratory)

Das erste Neutrino wurde in einer Blasenkammer entdeckt (Bild: Argonne National Laboratory)

Da ist zuerst einmal die heiße dunkle Materie. So bezeichnet man Teilchen, die sehr leicht sind und sich daher sehr schnell bewegen. So ein Teilchen kennen wir sogar und das schon seit 1956. Da wurde das Neutrino entdeckt und dieses Teilchen verhält sich exakt so, wie es heiße dunkle Materie tun soll. Es hat nur eine sehr geringe Masse, bewegt sich enorm schnell und wechselwirkt so gut wie gar nicht mit normaler Materie. Leider wissen wir mittlerweile aber auch, dass die Masse der Neutrinos zu gering ist, um die Menge an dunkler Materie zu erklären. Aber vielleicht gibt es ja noch andere, Neutrino-ähnliche Teilchen, die wir noch nicht entdeckt haben.

Die zweite Möglichkeit ist die kalte dunkle Materie. Hier handelt es sich um Teilchen, die sehr schwer sind und sich langsam bewegen. Teilchen dieser Art kennen wir noch nicht – aber sie haben zumindest schon einen Namen bekommen: WIMPs, also Weakly Interacting Massive Particles – schwere Teilchen, die schwach wechselwirken.

Die beiden Arten von dunkler Materie entsprechen den beiden Entstehungsszenarien im frühen Universum. War die dunkle Materie damals heiß, dann hat sie durch ihre schnelle Bewegung die Dichteschwankungen in der normalen Materie großräumig “verschmiert”. Es müssen sich als erstes sehr große Strukturen gebildet haben. Die kalte dunkler Materie bewegt sich viel langsamer und die Dichteschwankungen wären kaum beeinflusst worden. Es hätten sich zuerst kleinere Strukturen gebildet.

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Kommentare (38)

  1. […] stammen aus der Beobachtung der kosmischen Hintergrundstrahlung – das war das Thema von Folge 6 meiner Serie über dunkle Materie. Was die komische Hintergrundstrahlung ist und wie der Satellit […]

  2. #2 Wolfgang S.
    24. Juni 2013

    Hallo Florian,
    ich meine mich dunkel (:-) erinnern zu können, dass eine italienische Gruppe publiziert hat, sie hätten WIMP’s gemessen/ identifiziert. Danach nix mehr davon gehört. Kannst du dazu was sagen?

  3. #3 Alderamin
    24. Juni 2013

    @Wolfgang S:

    Meinst Du dieses Experiment? Das befindet sich in Italien, hat bisher gewisse Ausschlusszonen, aber noch keine Partikel nachgewiesen.

    Oder dieses Experiment? Dieses befindet sich in den USA (wenn auch das Labor nach dem Italiener Enrico Fermi benannt ist), welches ein paar Events, aber noch weit unterhalb der für einen Nachweis notwendigen Signifikanz gesehen haben will.

  4. #4 Florian Freistetter
    24. Juni 2013

    @Wolfgang: Von WIMP-Detektionen handelt der morgigen Teil der Serie…

  5. #5 Loewe23
    24. Juni 2013

    Wenn es etwa 7 mal soviel dunkle Materie wie leuchtende Materie gibt und wenn man annimmt, daß sie etwa gleichzeitig mit dieser entstanden ist, sollte auch die räumliche Verteilung im All ähnlich sein.
    Wenn man davon ausgeht da? sie der Gravitation unterliegt, warum hat sie sich dann nicht an den Gravitationssenken des Raumes ( Sonnen, Planeten) gesammelt wie die leuchtende Materie?
    Denn wenn dies so wäre, würde ja z. Bsp unsere Sonne aus sieben Teilen dunkler und einem Teil leuchtender Materie bestehen. Das ist doch aber nicht der Fall. Das hätte ja sonst auch erhebliche Auswirkungen auf die Fusionsprozesse in der Sonne.

    Gibt es dafür schon einen Erklärungsansatz ?
    Könnten etwa ähnliche Abstoßungskräfte wie zwischen Protonen bestehen -aber mit größerer Reichweite?

  6. #6 Florian Freistetter
    24. Juni 2013

    @Loewe23: Es lief umgekehrt: Zuerst war die dunkle Materie da und die leuchtende Materie hat sich dort gesammelt, wo viel DM war. Die DM hat quasi die Saatkörner gebildet, um die sich die ersten Galaxien gebildet haben.

    “Denn wenn dies so wäre, würde ja z. Bsp unsere Sonne aus sieben Teilen dunkler und einem Teil leuchtender Materie bestehen.”

    Auch in der Sonne würde man DM finden können. Ich hab darüber hier geschrieben: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/07/26/dunkle-materie-im-zentrum-der-sonne/

  7. #7 Alderamin
    24. Juni 2013

    @Loewe23

    Anders als die Gase, Eis-, Staub- und Gesteinsteilchen, aus denen die Sonne und die Planeten entstanden, kann die DM ihre Bewegungsenergie nicht druch Reibung und Strahlung als Folge von Zusammenstößen los werden.

    Stell’ Dir vor, die Erde sei nur ein Hauch von Nichts, aber mit normaler Schwerkraft, dann würdest Du in den Boden hinein fallen und immer schneller werden, bis zum Zentrum der Erde, und dort mit fast 8 km/s im freien Fall weiter stürzen, dabei auf der Gegenseite der Erde immer mehr an Höhe gewinnen, langsamer werden und nach 45 Minuten auf der gegenüberliegenden Seite der Erde im Stillstand an der Oberfläche ankommen – um sofort den Weg zurück anzutreten. Würdest Du aus großer Entfernung auf die Erde fallen, dann würdest Du auf der Gegenseite entsprechend weit weg von der Erde landen.

    So ergeht es den Teilchen der Dunklen Materie, die nur die Schwerkraft spüren, für die die normale Materie aber ansonsten praktisch nicht vorhanden ist, und so kommen sie nur schwer zur Ruhe.

    Ganz unmöglich ist es nicht, dass ein solches Teilchen im Austausch mit seinesgleichen auch Energie abgibt und einem Schwerefeld nicht mehr entkommt. Und über die schwache Wechselwirkung kann ein Teilchen auch mit einem Kern oder einem Elektron reagieren. Aber in den allermeisten Fällen sausen die DM-Teilchen einfach durch die anziehenden Körper hindurch, ohne zur Ruhe zu kommen. So können sie sich nicht in großer Menge irgendwo ansammeln.

  8. #8 Loewe23
    24. Juni 2013

    Vielen Dank für die schnellen Antworten.
    Ich bin aber nicht überzeugt.
    Wenn die DM die Kerne für die Zusammenballung der Bryonischen Materie gebildet hat, wohin ist sie danach entschwunden?
    Und wenn sich in einem Raum mehr DM als baryonische Materie befindet, müßte sie sich aufgrund der höheren Graphitationkräfte noch schneller zusammenballen als die baryonische Materie.
    Außerdem gibt es ja offensichtlich Anhäufung vom DM, zum Bsp. in den Randbereichen der Galaxien – aber nicht in deren Zentren . Bei ursprünglich gleichmäßiger Verteilung sollte – auch wenn man voraussetzt, daß der Reibungsverlust der baryonischen Materie nicht gegeben ist – was ich für spekulativ halte, da man den Aufbau der DM ja noch nicht kennt – sollten die oben beschrieben Pendelbewegungen um ein Massezentrum allein aufgrund der gegenseitigen Wirkung der Graphitationskräfte im Laufe der letzten 11 Milliarden Jahre zu einem stabilen Zustand geführt haben.

  9. #9 mr_mad_man
    24. Juni 2013

    @Alderamin: Vor ein paar Tagen habe ich im Fernsehen einen Bericht gesehen, da ging es um die Frage was passieren würde (nur in Bezug auf die Schwerkraft), wenn man ein Loch durch die Erde bohren und reinspringen würde (dabei war es sogar egal, ob das Loch direkt durch den Mittelpunkt geht). Was dann passiert ist exakt das, was Du schreibst. Der einzige Unterschied war, dass es nicht 45 sondern 42 Minuten waren. Das habe ich mir deshalb so gut merken können, weil es ja auch die Antwort auf alle Fragen ist 🙂

  10. #10 Steffmann
    24. Juni 2013

    @Loewe23

    Wenn die DM die Kerne für die Zusammenballung der Bryonischen Materie gebildet hat, wohin ist sie danach entschwunden?

    Entschunden, lol. Schönes, altes Wort. Aber im Ernst, sie ist nicht weg. Tatsächlich durchdringt sie uns permanent genauso, wie es die schon nachgewiesenen Neutrinos tun.
    Das Problem mit diesen Scheiss-Teilchen (WIMP’S) ist einfach, das sie zwar logischerweiser da sein MÜSSEN. Aber eben nicht interagieren wollen. Es kann sogar sein, dass man 30 km ins arktische Eis bohrt und Sensoren dann immer noch nichts finden. Das heisst aber noch lange nicht, dass die Teilchen nicht existieren. Sondern nur, dass wir technologisch nicht in der Lage sind, diese mittels Messung zu verifizieren.

    Traurig wäre es natürlich trotzdem, da Menschen nunmal keinen Modellen vertrauen, sondern nur messbaren Ergebnissen. Ähnlich verhält sich übrigens beim Graviton. Auch so ein Sch…. Teilchen, dass vermutlich niemals gefunden werden wird, aber einfach existieren muss. Warum ? Wenn nicht, könnten wir die gesamte Physik über den Haufen werfen.

  11. #11 Steffmann
    24. Juni 2013

    Ach übrigens, die 30 km waren Satire. Das nur mal vorbeugend……

  12. #12 Alderamin
    24. Juni 2013

    @mr_mad_man

    Die 45 Minuten waren nur ein ungefährer Wert, 42 wird stimmen. Wir hatten in der Oberstufe oder im ersten Semester Physik mal ausgerechnet, dass man bei so einem Fall durch die Erde als Höchstgeschwindigkeit genau die Orbitalgeschwindigkeit im niedrigen Erdorbit erreicht und die Fallzeit hin und zurück genau einer Orbitalperiode entspricht. Habe ich mir so gemerkt.

  13. #13 Strudel
    25. Juni 2013

    Außerdem gibt es ja offensichtlich Anhäufung vom DM, zum Bsp. in den Randbereichen der Galaxien – aber nicht in deren Zentren .

    Das würde doch genau zu einer Pendelbewegung passen, denn am entfernten Wendepunkt sollte die Aufenthaltswahrscheinlichkeit am größten sein. Das müsste auch für stark elliptische Bahnen gelten.

  14. #14 Captain E.
    25. Juni 2013

    @Loewe23:

    Und wenn sich in einem Raum mehr DM als baryonische Materie befindet, müßte sie sich aufgrund der höheren Graphitationkräfte noch schneller zusammenballen als die baryonische Materie.

    Warum sollte sie? Die dunkle Materie interagiert fast nur per Gravitation, und die reicht zwar weiter als alle anderen Kräfte, ist aber dafür unglaublich schwach.

    Sieh es mal andersherum: Wenn sich unter dir dieses oben erwähnte extrem tiefe Loch auftäte, dann würdest du hineinfallen und keinerlei Schwere mehr spüren, obwohl doch gerade die Schwerkraft der Erde dich hineinzöge. Das Gefühl der Schwere, das du gerade verspürst, kommt von der Interaktion der Atome und Moleküle deines Körper untereinandere und mit denen des Bodens oder Sitzmöbel unter dir. Die kommt aber eben nicht von der Gravitation, sondern von einer der drei anderen Kräfte – in erster Linie vermutlich Elektromagnetismus, wenn ich mich nicht irre.

  15. […] den ersten sechs Teilen dieser Serie (Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4, Teil 5, Teil 6) ging es um all die Beobachtungen, die uns im Laufe der letzten Jahrzehnte zu der Erkenntnis […]

  16. #16 Alderamin
    25. Juni 2013

    @Loewe23

    Oh, hatte #8 übersehen. Auch wenn andere schon geantwortet haben, nochmal mein Senf:

    Wenn die DM die Kerne für die Zusammenballung der Bryonischen Materie gebildet hat, wohin ist sie danach entschwunden?

    Nirgendwohin, sie sind immer noch da, nur relativ dünn gesät. In einem der anderen Artikel hatte StefanL ein Papier verlinkt, wo von einer Protonenmasse an DM-Teilchen auf 3 Kubikzentimeter in der Gegend der Erde die Rede ist. Das ist wahnsinnig wenig. Ich hatte daraus ausgerechnet, dass in dem Volumen einer riesigen Kugel mit dem Radius der Neptunbahn nur so viel DM zusammen käme, dass dies der Masse eines Asteroiden von 60 m Durchmesser entspräche. Ein Volumen, in dem sich alle Planeten des Sonnensystems, die meisten Asteroiden sowie die Sonne selbst befinden.

    Die DM ist ziemlich gleichmäßig in der Milchstraße verteilt, während normale Materie zu größeren Objekten zusammenpappt. Deswegen haben wir hier auf der Erde sehr viel mehr normale Materie als DM. Aber über die großen Leerräume des Alls gemittelt, überwiegt die DM in der Masse.

    Und wenn sich in einem Raum mehr DM als baryonische Materie befindet, müßte sie sich aufgrund der höheren Graphitationkräfte noch schneller zusammenballen als die baryonische Materie.

    Sie kann sich ja nicht zusammenballen, weil die Gravitation sie nur schnell macht, und sie diese Geschwindigkeit nicht durch Reibung oder Strahlung wieder loswerden kann. Die schnelle Bewegung der Teilchen treibt sie immer wieder gegen die Schwerkraftwirkung auseinander. Es ist eher verwunderlich, dass die DM sich überhaupt zusammenballt, und als einzige dazu geeignete Prozesse scheinen mir die gravitative Wechselwirkung mit normaler Materie (die Bewegungsenergie in Wärme bzw. Strahlung umwandeln kann), Paarvernichtung bei direkten Zusammenstößen, sowie die “Verdunstung” der schnellsten Teilchen, das Entwischen von schnellen Teilchen aus einem DM-Verbund, der dem Rest allmählich Energie entzieht.

    Außerdem gibt es ja offensichtlich Anhäufung vom DM, zum Bsp. in den Randbereichen der Galaxien – aber nicht in deren Zentren .

    Ist das so? Quelle? Ich war eigentlich der Ansicht, dass die DM zum Zentrum hin dichter gepackt wäre.

    Bei ursprünglich gleichmäßiger Verteilung sollte – auch wenn man voraussetzt, daß der Reibungsverlust der baryonischen Materie nicht gegeben ist – was ich für spekulativ halte, da man den Aufbau der DM ja noch nicht kennt – sollten die oben beschrieben Pendelbewegungen um ein Massezentrum allein aufgrund der gegenseitigen Wirkung der Graphitationskräfte im Laufe der letzten 11 Milliarden Jahre zu einem stabilen Zustand geführt haben.

    Na ja, sicherlich wird das auch so sein. Das klassische Beispiel für einen Haufen Materie, der sich (fast) ohne Kollisionen und mit zufälligen Bewegungsvektoren selbst sortiert, sind die Kugelsternhaufen. Die sind innen dicht gepackt und nach außen dünner, kugelförmig, und die Sterne darin beschreiben komplizierte Bahnen, die jedoch im Mittel die Kugelform erhalten. Gelegentlich fliegt mal ein Stern aus dem Haufen heraus, weil er durch eine nahe Begegnung mit einem anderen Stern, der sich selbst schnell bewegte, per “gravitational assist”, wie das bei den Raumsonden genannt wird, zusätzlich beschleunigt wird, was den anderen Stern entsprechend abbremst, so dass er näher ans Zentrum rückt. So sackt der Sternhaufen ein wenig zusammen, aber je dichter er wird, desto schwerer entkommt ihm noch ein Stern, so dass Kugelsternhaufen zu den ältesten Objekten im Universum gehören und dennoch stabil sind.

    Nicht viel anders dürfte sich die DM in Abwesenheit von Reibung, Haftung und Zusammenstößen (die zur Paarvernichtung führen) verhalten.

    Was Deine Skepsis gegenüber der nicht vorhandenen Interaktion mit Baryonischer Materie betrifft – wenn es solche Interaktionen gäbe, dann hätte man die Teilchen der DM längst gefunden. In Beschleunigern, in der kosmischen Strahlung, als wärmestrahlende Gaswolken oder dergleichen. Eine EM-Wirkung kann man ausschließen, so wie bei den Neutrinos (erinnerst Du Dich an das Gran-Sasso-Experiment, wo Neutrinos vom CERN bei Genf durch die Erde hindurch scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit im Zentrum Italiens ankamen? Sie waren nicht überlichtschnell, aber sind fast so schnell wie das Licht durch mehrere hundert km Erdboden gesaust).

    Bleiben neben der Gravitation nur die Starke und die Schwache Kernkraft. Die Schwache Kernkraft ist genau die Art von Wechselwirkung, die man der DM zugesteht, genau wie den Neutrinos. Ansonsten werden wir sie niemals aufspüren können, denn dann reagierten sie auch bei Frontaltreffern mit Teilchen normaler Materie nicht.

    Warum man gerade die Schwache Wechselwirkung vermutet, weiß ich allerdings nicht, vielleicht kann Florian oder ein Physiker in der Runde dazu etwas sagen?

  17. #17 Captain E.
    25. Juni 2013

    Übrigens müssten auch andauernd neue DM-Teilchen entstehen, oder? Dazu sollte es nur Energie, also Photonen geben. Der Annihilationsprozess ist bei den bekannten Teilchen schließlich auch umkehrbar. Wieviele dieser frisch gebildeten Teilchen sich sofort danach wieder gegenseitig zerstrahlen, dürfte eine Sache von Teilchenphysik und Statistik sein.

  18. #18 StefanL
    25. Juni 2013

    Schwache Wechselwirkung liefert Z0 – (Eich)Boson für neutrale ungebundene Zustände. Ohne das wäre nur Gravitation als Wechselwirkung möglich und dann gäb es gar keine Möglichkeit das DM-Konzept von f(R) / TeVeS (GR extension)Formalismen (experimentell) zu unterscheiden. Zumindest so mein laienhaftes Verständnis( SUSY/Stringtheorie(en) mögen da u.U. mehrere “Typen” Gravitonen( verschiedene DM-Teilchen schließen sie ja nicht aus) liefern …aber das ist wohl nochmal ein anderes Thema).

  19. #19 StefanL
    25. Juni 2013

    @Captain E. – Wie soll das funktionieren, daß da ständig neue WIMPs entstehen? Damit meine ich, daß doch WIMPs(-Entstehung) an der Schwelle der Vereinigung von Gravitation mit sonstigen ( explizit zumindest der schwachen) Wechselwirkungen stehen und selbst Energien zur Vereinigung von elektro-schwacher mit der starken Wechselwirkung ( Yottaelektronenvolt) noch um Größenordnungen darunter liegt (…corrections welcome..).

  20. #20 Alderamin
    25. Juni 2013

    @CaptainE

    Die Forscher am Fermilab vermuten ja Teilchen in der Größenordnung von 8,9 GeV (siehe Florians letzten Artikel der Serie). D.h. zur Paarerzeugung musst Du zunächst mal Quanten von 17,8 GeV irgendwo her bekommen. Es gibt nicht viele Orte im All, wo solche entstehen – Jets von Schwarzen Löchern und Supernova-Überreste gehören dazu. Jedenfalls wäre die Paarerzeugungsrate doch sehr, sehr klein gemessen am gesamten Universum.

  21. #21 Captain E.
    25. Juni 2013

    Gut, wahrscheinlich erklärt sich damit auch die Neutrino-Produktion in der Sonne, oder? Dort wird immerhin auch schon einiges an Energie freigesetzt, wenngleich so ein kleiner Hauptreihenstern natürlich eine winzige Funzel ist im Vergleich mit Supernovae und Schwarzen Löchern.

    Das ergibt aber eine interessante neue Frage: Nimmt die Menge der dunklen Materie zu oder ab? Durch zufälliges Zusammentreffen im gesamten Universum löschen sich WIMPs und ihre Antiteilchen (vermutlich die gleichen WIMPs) gegenseitig aus, neu produziert werden können sie aber nur an vergleichsweise wenigen Orten.

  22. #22 Alderamin
    25. Juni 2013

    @Captain E.

    Gut, wahrscheinlich erklärt sich damit auch die Neutrino-Produktion in der Sonne, oder? Dort wird immerhin auch schon einiges an Energie freigesetzt, wenngleich so ein kleiner Hauptreihenstern natürlich eine winzige Funzel ist im Vergleich mit Supernovae und Schwarzen Löchern.

    Neutrinos sind ein normales “Abfallprodukt” der Kernfusion und haben weniger als 3eV Masse. Die Proton-Proton-Reaktion erzeugt 4 Neutrinos und ungefähr 26 MeV. Ein gutes tausendstel dessen, was für eine Paarerzeugung von DM-Teilchen vermutlich nötig wäre.

    Nimmt die Menge der dunklen Materie zu oder ab?

    Na ja, klares Übergewicht für die Abnahme, weil diese überall stattfindet während eine Erzeugung doch extrem selten passieren sollte. Sterne reichen jedenfalls als Quelle nicht, und es gibt nur sehr wenige so extreme Orte im Universum, die genug Energie in ein Quantum packen könnten, dass dieses in zwei DM-Teilchen zerfallen könnte.

  23. #23 Captain E.
    25. Juni 2013

    Ich wollte keineswegs andeuten, dass unsere Sonne viel dunkle Materie produziert. Selbst wenn wir die bereits bekannten Neutrinos hinzurechnen, so stellen sie doch aller Wahrscheinlichkeit nach nur einen winzigen Teil der gesamten dunklen Materie dar. Für diese DM light-Partikel reicht ein Feld-, Wald- und Wiesenstern, für die Hauptmasse braucht es eben ein größeres Kaliber.

    Tja, aber neigt sich die Waage tatsächlich hin zum Abbau? Produziert wird an wenigen Stellen in womöglich großer Zahl, zerstört dagegen überall mit geringer Wahrscheinlichkeit. Die Teilchen der dunklen Materie, ob nun die leichten Neutrinos oder die viel schwereren WIMPs, müssen sich für Annihilation erst einmal stark genug annähern. Sie interagieren aber auch untereinander fast nur per Gravitation. Da wird es nur selten eine Begegnung geben.

    Was sagt die moderne Astronomie? Baut sich die dunkle Materie im Großen und Ganzen tatsächlich ab?

  24. #24 StefanL
    25. Juni 2013

    ..über die detektierten Positronen ( http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2013/06/25/dunkle-welten-vii-die-suche-nach-der-dunklen-materie-nahert-sich-dem-ende/ ) ließe sich zumindest bis zu einem gewissen Grad eine Größenordnung einer Annihilationsrate abschätzen…

  25. #25 Alderamin
    25. Juni 2013

    @Captain E.

    Produziert wird an wenigen Stellen in womöglich großer Zahl,

    Wenn die Produktionsrate so hoch wäre, dann wäre dieses Ereignis sicherlich in Beschleunigern als fehlende Masse aufgefallen. Ich denke, die Erzeugungsrate wird auch in Gegenden, wo Gammaquanten von 18 GeV und mehr herumschwirren (und auch diese sind dort eher die Ausnahme) nicht besonders häufig auftreten. Will heißen: eine DM-Paarerzeugung dürfte heutzutage so gut wie niemals stattfinden. Jedenfalls selten genug, dass sie keinen Effekt auf die Gesamtzahl der DM-Teilchen hat. Die Annihilation hingegen ist möglicherweise bereits gemessen worden.

  26. #26 Niels
    25. Juni 2013

    @Alderamin @StefanL

    Warum man gerade die Schwache Wechselwirkung vermutet, weiß ich allerdings nicht, vielleicht kann Florian oder ein Physiker in der Runde dazu etwas sagen?

    Weil es hier bisher (eigentlich relativ grundlos) immer nur um WIMPs ging.
    Es gibt natürlich auch noch zahlreiche weitere theoretische Möglichkeiten für Dunkle-Materie-Teilchen.
    Zum Beispiel SIMPs (Strongly interacting massive particles) (Gravitation + starke Kraft)
    oder
    Axionen (Gravitation + elektromagnetische Kraft).
    (Wobei Axionen je nach Modell wohl auch noch über die starke und/oder die schwache Kraft wechselwirken können.
    Wobei ich mich mit Axionen aber leider nicht auskenne, also eigentlich sogar gar keine Ahnung habe.)

    Gerade Axionen sind aber ein Kandidat, der ähnlich heiß gehandelt wird wie die WIMPs.

    Darüber hinaus gibts noch ne ganze Menge weiterer eher exotischer Möglichkeiten aus komplizierteren Erweiterungen des Standardmodells, die alle experimentell noch nicht ausgeschlossen werden konnten.

  27. #27 Hammster
    28. Juni 2013

    hm, Florian ist offensichtlich weg … wer kann mir denn jetzt mal was zur DM erzählen?

    @Aldemarin: darf ich als Newbee dich aufgrund deiner offensichtlich tiefer fundierten Beiträge grob nach deiner (astrophysikalischen) Tätigkeit befragen?

    @all: ich kenne das schöne Bild der Hintergrundstrahlung – was wohl grob mit der DM korreliert. Ich kenne galaxienhaufenbezogene Bilder der Verteilung der DM – habe letztlich erst etwas über die (24.. neu) entdeckten Satelliten-Galxien unserer MS gelesen – gibt es Illustrationen (Informationen) über die Verteilung der DM in unserer MS – resp. die Verteilung und den Einfluss der DM innerhalb unseres Sonnensystems? Oder ist unser SS zu klein, um den Einfluß der DM zu spüren? Hat die DM keinerlei Einfluss auf die Plantenbewegungen … ?? Und warum nicht?
    Vielen Dank!

  28. #28 Florian Freistetter
    28. Juni 2013

    @Hammster: “Oder ist unser SS zu klein, um den Einfluß der DM zu spüren? Hat die DM keinerlei Einfluss auf die Plantenbewegungen … ??”

    Siehe dazu hier: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/01/14/lasst-dunkle-materie-die-erdbahn-wachsen/

  29. #29 Alderamin
    28. Juni 2013

    @Hammster

    @Aldemarin: darf ich als Newbee dich aufgrund deiner offensichtlich tiefer fundierten Beiträge grob nach deiner (astrophysikalischen) Tätigkeit befragen?

    Alderamin

    Gar keine… bin interessierter Laie mit Astronomie als Hobby. Na ja, hatte auch ein paar Semester Physik und später Astronomie im Nebenfach studiert, hat aber dann leider nicht geklappt mit der Karriere als Informatiker bei der ESO. 🙁

  30. #30 Alderamin
    28. Juni 2013

    @Hammster

    …nach deiner (astrophysikalischen) Tätigkeit…

    Alderamin: Gar keine…

    Also bevor das jemand missversteht, ich hab’ die Klammern überlesen, ich meinte gar keine astrophysikalische Tätigkeit. Einen Job hab’ ich schon, in der freien Wirtschaft. Der hat aber nichts mit Physik (bzw. nur ganz am Rande) oder Astronomie zu tun.

  31. #31 Hammster
    28. Juni 2013

    Das erhellt – vielen Dank! Wollte auch nicht zu viel Persönliches – bewundere zutiefst “Laien” mit einem so umfassenden Wissen!

  32. #32 Alderamin
    28. Juni 2013

    @Hammster

    Der Trick ist meistens, von vielem schon mal gehört zu haben und dann – wissen wo’s steht!

  33. #33 Hammster
    28. Juni 2013

    @Aldemarin: das sind ja schon mal 2 Dinge auf einmal … man muss wissen, dass man´s mal wusste und sich dann an den Ort erinnern, an dem man es las…

    …ich kann mich immer nur halb erinnern und habe dann auch schon vergessen, wo´s stand… also hast du vielen vieles voraus!
    lg

  34. #34 Hammster
    28. Juni 2013

    ach ja – @Florian, der Dank galt auch dir für den Link … so etwas taucht nirgendwo auf, wenn es um DM geht – das verwirrt und verunsichert. In allen populärwissenschaftlichen Berichten erscheint DM “nur” als “globaler” (bestenfalls in MS-Größe wirksamer) Effekt. Ich freue mich, dass es wohl nicht so ist, das macht das Universum für mich etwas plausibler.
    Tx.

  35. #35 E
    6. Februar 2016

    In der Urknall-Hypothese von Hrn. Gassner misse ich die “dunkle Materie”
    https://www.youtube.com/watch?v=hrJViSH6Klo

    a) Hierzu drängen sich für mich mehrere Fragen auf:
    Aus Sicht der normalen Materie ist das Universum etwa 13Mrd Jahre alt. Als Referenzpunkt nimmt man die Entstehung von Licht und Materie heran. (also Urknall)

    Doch wie alt ist die “dunkle Materie” eigentlich selbst.
    Ist diese ebenfalls erst durch den Urknall entstanden
    oder war diese vorher schon da ?

    b) Wie misst man eigentlich die Zeit in der Welt der dunklen Materie.
    Der Zeitpfeil und das Gesetz der Entropie haben ja dort keine Gültigkeit und dennoch ist etwas “da” was parallel zu unserer Zeit exisitert.

    c) Welchen Einfluss könnte die “dunkle Materie” vor der Entstehung des Urknalles gehabt haben.

  36. #36 Alderamin
    6. Februar 2016

    @E

    Doch wie alt ist die “dunkle Materie” eigentlich selbst.
    Ist diese ebenfalls erst durch den Urknall entstanden
    oder war diese vorher schon da ?

    Ohne mir jetzt die anderthalb Stunden Video anzuschauen (falls Du da konkrete Fragen hast, kannst Du ja die entsprechenden Zeitstempel nennen): Die Theorie der Dunklen Materie besagt, dass sie zusammen mit der “normalen” baryonischen Materie entstanden ist. Das sind einfach aus der Energie des Urknalls kondensierte Teilchen, die sich von normaler Materie darin unterscheiden, dass sie nicht auf Elektromagnetismus reagieren, während Elektronen, Protonen, Neutronen (letztere beiden bestehen aus elektrisch geladenen Quarks) und der größte Teil des übrigen Teilchenzoos (außer den Neutrinos) das tun. Das heißt, die Teilchen der normalen Materie reagieren mit Photonen, den Lichtteilchen, die nichts anderes als Pakete von elektromagnetischen Wellen sind. Dunkle Materie tut das nicht. Das ist der wesentliche Unterschied, der begründet aber nicht Deine folgenden Annahmen:

    Der Zeitpfeil und das Gesetz der Entropie haben ja dort keine Gültigkeit und dennoch ist etwas “da” was parallel zu unserer Zeit exisitert.

    Wieso das? Wer behauptet das? Z.B. soll die Dunkle Materie maßgeblich daran beteiligt sein, wie sich das ursprüngliche Gas durch Gravitation zu Galaxien verdichten konnte, sie bewegte sich zusammen mit der sichtbaren Materie auf gemeinsame Schwerpunkte zu. Das ist eine Entropieerhöhung.

    c) Welchen Einfluss könnte die “dunkle Materie” vor der Entstehung des Urknalles gehabt haben.

    Keinen, denn da gab es sie noch nicht (jedenfalls nicht die, die es heute gibt). Das gilt so für das Standardmodell des Urknalls mit Inflation.

    Bei einem hypothetisch vorangegangenen “Big Crunch” (Zusammensturz eines Universums unter der eigenen Schwerkraft) könnte die Dunkle Materie eines Vorgängeruniversums natürlich überhaupt erst dessen Kollaps verursacht haben. Auch wirkt die heutige Dunkle Materie bremsend auf die Expansion des Universums. Sie erhöht die mittlere Massendichte im Universum auf das Fünffache.

  37. #37 Lex123
    6. Februar 2016

    Angenommen ich würde die Welt nur aus Sicht der dunklen Materie sehen.

    So sehe ich vom Universum eigentlich nur Krummungen des Raumes.
    Es existiert dort kein Licht.
    Wie würde man in einem solchem Umfeld (wo nur Gravitation sichtbar ist) die Zeit bestimmen welche seit dem Urknall vergangen ist ?

  38. #38 rolak
    6. Februar 2016

    So sehe ich

    wow. Oha^^ Ein DM-Flüsterer. Er weiß, daß die noch unbekannten Quanten(Verbünde), die die DM ausmachen, die Krümmung des Raumes wahrnehmen könen.

    Geilo. Erzähl doch mal: Was mach die DM am Rosenmontag?