Es war eine Frage, die mir nach dem erste direkten Nachweis von Gravitationswellen oft gestellt wurde: “Hat das jetzt auch irgendetwas mit der dunklen Materie zu tun?”. Und die Antwort darauf lautet eigentlich: Nein, gar nicht. Gravitationswellen sind ein Phänomen, das völlig unabhängig von dunkler Materie existiert. Gravitationswellen gibt es, selbst wenn es die dunkle Materie nicht geben würde. Trotzdem haben sich kürzlich einige Wissenschaftler Gedanken darüber gemacht, ob da vielleicht doch ein Zusammenhang bestehen könnte. Und ob die kürzlichen gemessenen Gravitationswellen eventuell doch Rückschlüsse auf die Natur der dunklen Materie liefern könnte.

Zusammensetzung des Universums (Bild: NASA/WMAP)

Zusammensetzung des Universums (Bild: NASA/WMAP)

Denn das ist ja das, worum es bei der Forschung zur dunklen Materie hauptsächlich geht: Herauszufinden, woraus sie besteht. Dass sie vorhanden ist, ist mehr oder weniger unumstritten; entsprechende Beobachtungen hat man seit den 1930er Jahren immer und immer wieder gemacht. Egal ob man die Sache aus einem astronomischen, einem kosmologischen oder einen teilchenphysikalischen Blickwinkel betrachtet: Man kommt immer übereinstimmend zu dem Befund, dass eine Art der Materie im Universum existiert, die sich grundlegend von der “normalen” Materie unterscheidet (Ich habe das übrigens hier sehr ausführlich erklärt).

Eine der Favoriten Hypothesen zur Natur der dunklen Materie sind die sogenannten WIMPs: Weakly Interactive Massive Particles; also eine noch nicht nachgewiesene Art von Elementarteilchen, die nicht elektromagnetisch sondern nur gravitativ wechselwirken (so wie es zum Beispiel auch bei den Neutrinos der Fall ist). Bis jetzt hat man diese Teilchen allerdings noch nicht nachgewiesen und Forscher machen sich daher auch Gedanken über Alternativen.

Wie Simeon Bird von der John Hopkins University in Baltimore und seine Kollegen. Sie haben den Nachweis der Gravitationswellen am LIGO-Observatium zum Anlass genommen darüber zu spekulieren, ob die dunkle Materie aus schwarzen Löchern bestehen könnte (“Did LIGO detect dark matter?”). Die Gravitationswellen deren Nachweis man dort Mitte Februar bekannt gegeben hat, wurden ja von zwei kollidieren schwarzen Löchern verursacht. Das stellen Bird und seine Kollegen auch nicht in Frage. Aber sie erklären, dass solche schwarzen Löcher genau das sein könnten, aus dem die dunkle Materie besteht.

Diese Idee erscheint naheliegend: Dunkle Materie kann man nicht sehen. Schwarze Löcher kann man nicht sehen. Wieso sollten schwarze Löcher also nicht die dunkle Materie bilden?

Nun – einmal, weil man schwarze Löcher doch sehen kann. Zumindest indirekt, über ihren gravitativen Einfluss. Wenn überall im Universum schwarze Löcher zwischen den Sternen sitzen würden, würde man das trotzdem merken. Weil sie mit ihrer Gravitationskraft die Bewegung dieser Sterne beeinflussen zum Beispiel. Aber auch, weil sie durch die von ihnen verursachte Krümmung des Raumes Lichtstrahlen ablenken und als sogenannte “Gravitationslinsen” wirken können. Nach solchen Effekten wird schon lange und regelmäßig gesucht und wir hätten bemerkt, wenn da jede Menge schwarze Löcher existieren würden.

Aber, wie Bird und seine Kollegen in ihrer Arbeit anmerken: Diese Einschränkungen gelten nur für bestimmte Massenbereiche. Schwarze Löcher mit genau der richtigen Masse; nicht zu klein und nicht zu groß, könnten unbemerkt geblieben sein. Schwarze Löcher mit einer Masse zwischen 10 und 100 Sonnenmassen wären als Bestandteil der dunklen Materie derzeit nicht komplett auszuschließen.

Bleibt ein zweites Problem: Schwarze Löcher kommen nicht einfach aus dem Nichts! Sie müssen irgendwie entstehen und die schwarzen Löcher um die es hier geht, entstehen aus den Überresten großer Sterne. Sterne, die sich aus ganz normaler Materie gebildet haben. Wir wissen allerdings, dass es deutlich mehr dunkle als normale Materie geben muss. Wenn die dunkle Materie tatsächlich nichts anderes ist als schwarze Löcher, die aus ehemaligen Sternen entstanden sind, dann gibt es ein Problem. Dann müsste das Universum früher viel mehr Sterne und damit viel mehr normale Materie enthalten haben, als die kosmologischen Modelle zulassen. Modelle, die übrigens wunderbar mit den Beobachtungsdaten übereinstimmen. Alles was wir über die Entwicklung des Universums wissen und beobachten sagt uns, dass so viel Materie nicht vorhanden war.

Bird und seinen Kollegen geht es in ihrer Arbeit allerdings nicht um schwarze Löcher, die irgendwann aus sterbenden Sternen entstanden sind. Sie haben sich mit primordialen schwarzen Löchern beschäftigt. Das sind schwarze Löcher, die beim Urknall selbst entstanden sind und keine Sterne als Vorläufer brauchen. Ob es diese Variante von schwarzen Löchern gibt, wissen wir nicht. Aber wenn es sie gäbe, könnten sie für die Beobachtung von LIGO verantwortlich sein.

Bird und seine Kollegen haben abgeschätzt, wie oft primoridiale schwarze Löcher mit Massen die zur LIGO-Beobachtung passen, miteinander kollidieren würden. Wenn solche Kollision ständig passieren würden, dann hätte LIGO während seines Beobachtungslaufes mehr als nur ein Ereignis registrieren müssen. Wäre das Ereignis extrem selten, dann ist es auch extrem unwahrscheinlich, das LIGO gerade diese eine Kollision beobachtet hat. Aber die Berechnung von Bird und seinen Kollegen zeigt, dass die Wahrscheinlichkeit genau zu der beobachteten “Häufigkeit” passt (wenn man bei einem Ereignis überhaupt von “Häufigkeit” sprechen kann).

Ich bin ein wenig skeptisch, was diese Arbeit angeht. Nicht, dass sie schlecht gemacht oder prinzipiell zweifelhaft wäre! Solange wir nicht genau wissen, woraus die dunkle Materie besteht, solange kann man nicht ausschließen, dass es sich dabei um primordiale schwarze Löcher handelt. Aber nach Möglichkeit sollte man sich bemühen, bei der Erklärung von Phänomenen nicht allzu viele spekulative Hypothesen auf einmal zu inkludieren. Die Beobachtung von LIGO lassen sich gut durch die Kollision zweier schwarzer Löcher erklären. Zweier schwarzer Löcher, deren Entstehung sich ebenfalls gut im Rahmen der bestehenden Theorien zur Sternentwicklung verstehen lässt (siehe dazu zum Beispiel hier). Stattdessen eine hypothetische Art von schwarzen Löchern als Erklärung heranzuziehen und dann auch noch daraus abzuleiten, dass die dunkle Materie aus diesen hypothetischen Objekten besteht, ist ein klein wenig viel auf einmal… Mal ganz abgesehen davon, dass es auch nicht unbedingt einfach wäre, eine “dunkle primordiale Schwarze-Loch-Materie” mit dem Rest der kosmologischen, astronomischen und teilchenphysikalischen Theorien und Erkenntnisse zu vereinbaren.

Zwei schwarze Löcher verschmelzen. Aber ob das was mit dunkler Materie zu zun hat? (Bild: NASA/Ames Research Center/C. Henze")

Zwei schwarze Löcher verschmelzen. Aber ob das was mit dunkler Materie zu zun hat? (Bild: NASA/Ames Research Center/C. Henze”)

Wir werden einfach abwarten müssen, wie sich die Sache entwickelt. Die Gravitationswellenastronomie hat gerade erst begonnen! In den nächsten Jahren und Jahrzehnten werden wir mehr als genug neue Daten sammeln. Sowohl was die Beobachtung der Gravitationswellen angeht als auch den Nachweis bisher unbekannter Partikel in teilchenphysikalischen Experimenten. Sollte zwischen den kollidieren schwarzen Löchern und der dunklen Materie tatsächlich ein Zusammenhang bestehen, werden wir es früh genug bemerken. Ich würde allerdings nicht viel Geld darauf setzen, dass das wirklich die Antwort auf die Frage nach der Natur der dunklen Materie ist…

Kommentare (56)

  1. #1 Spunk123
    7. März 2016

    Könnten diese Effekte der dunklen Materie einfach Effekte aus einer Multiversum heraus sein, unterstellt man, dass die Gravitatition die Grenzen der Dimensionen überwinden kann?
    Mann könnte sich doch vorstellen, dass sich Universen quasi überlappen und die Effekte untereinander jeweils das ist, was wir hier als dunkle Materie bezeichnen? Oder weiss man definitiv, dass sich die dunkle Materie in unserem Univerum befinden muss?
    Ist aber nur so eine ggf. “wirre” Idee von mir als Laien…

  2. #2 Captain E.
    7. März 2016

    Das Problem mit dieser Idee ist nur, dass es praktisch ausgeschlossen sein dürfte, belastbare Belege dafür aufzutreiben. Wenn aber so eine Idee prinzipiell nicht falsifizierbar sein sollte, taugt sie auch nichts.

  3. #3 Alderamin
    7. März 2016

    @Florian

    Schwarze Löcher mit einer Masse zwischen 10 und 100 Sonnenmassen wären als Bestandteil der dunklen Materie derzeit nicht komplett auszuschließen.

    Nicht? Ich dachte, die MACHO-Suche hätte die Existenz ausreichend vieler kompakter Objekte (sogar mit Planemo-Masse) ausgeschlossen.

    Warum ausgerechnet solche Objekte einen kugelförmigen Halo um die scheibenförmige Milchstraße bilden sollen (worauf deren Rotationskurve hindeutet) ist auch nicht nachvollziehbar.

  4. #4 Florian Freistetter
    7. März 2016

    @CaptainE: Naja, überprüfbar ist sie schon; zumindest in Zukunft. Wenn PBH tatsächlich für einen Großteil der Black Hole Merger verantwortlich sind, sollte man bei der weiteren Suche in einem bestimmten Massenbereich einen Peak finden.

  5. #5 Jens
    7. März 2016

    Hmm mir kommt beim Lesen des Artikels eine Frage. Wir wissen, dass dunkle Materie mit normaler Materie per Gravition wechselwirkt. Schwarze Löcher sind nun die “Überreste” von massereichen Sternen. Sie haben eine so hohe Anziehungskraft, dass selbst Licht nicht entkommen kann. Nun ist es logisch für mich, dass sich in schwarzen Löchern auch dunkle Materie sammelt, sie also zu einem großen Teil auch aus dunkler Materie bestehen müssen, da auch die dunkle Materie von den schwarzen Löchern beinflusst wird. Irgendwie scheint es im Artikel eine strikte Trennung zwischen schwarzen Löchern und dunkler Materie zu geben. Verstehe ich da was falsch (z.B. dass die Wechselwirkung schwächer ist, weshalb die dunkle Materie “durch das schwarze Loch hindurch fliegt”)?

  6. #6 Alderamin
    7. März 2016

    @Jens

    In Schwarzen Löchern ist so viel Materie enthalten, weil die sich zunächst einmal zu einem Stern versammelt hatte. Um das zu tun, musste das Gas Bewegungsenergie in Form von Wärme loswerden, was über die Aufheizung und Abstrahlung des komprimierten Gases möglich war. Erst auf diese Weise konnte ein kompakter Gasball enstehen, der beim Kernkollaps in ein Schwarzes Loch fällt (wobei da wieder innere Reibung im Gas eine Rolle spielt, das Gas fällt in Form einer Akkretionsscheibe in das Schwarze Loch hinein).

    Wenn Dunkle Materie nur über Gravitation wechselwirkt, dann kennt sie keine Reibung, Aufheizung und Wärmeabstrahlung (Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung). Dann kann sich das DM-Gas nicht auf kleinem Raum konzentrieren, denn beim Fall auf ein Schwerezentrum hin wird es schneller und entkommt diesem. Nur falls DM im vorausgehenden Stern stecken blieb, oder den winzigen Querschnitt des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs (ein paar Kilometer; das ist Kometenkerngröße!) frontal trifft, kann sie hineinfallen. Das dürfte je nach ihrer Teilchendichte (abhängig von der Teilchenmasse) ein hinreichend langsamer Prozess sein, so dass er vernachlässigbar ist.

  7. #7 Captain E.
    7. März 2016

    @Florian Freistetter:

    @CaptainE: Naja, überprüfbar ist sie schon; zumindest in Zukunft. Wenn PBH tatsächlich für einen Großteil der Black Hole Merger verantwortlich sind, sollte man bei der weiteren Suche in einem bestimmten Massenbereich einen Peak finden.

    Die primordialen schwarzen Löcher würden sich sicherlich irgendwann finden lassen, aber ich bezog mich auf meinen Vorredner mit den dimensionsübergreifenden Effekten eines Multiversums. Ich denke, dass Sie mir in dem Punkt dann doch zustimmen können, oder?

  8. #8 Balu
    7. März 2016

    @Spunk123 Es gibt da so eine Theorie von Stephen Hawking bezüglich der Ausbreitung der Gravitationskraft über mehrere Branenwelten, wodurch die verhältnismäßig starke Abschwächung der Gravitation über kurze Distanzen.
    Wobei die Gravitation der Nachbarbranen dann das wäre was wir als dunkle Materie bezeichnen.

    Leider ab ich gerade den Link bzw. Buchtitel nicht parat wo ich das gelesen habe, evtl. kann da jemand helfen.

  9. #9 Ollie
    7. März 2016

    Wenn zu jeder Zeit im Universum etwa gleich viele “lebende” Sterne existieren, dann muss es mittlerweile viel mehr tote als lebende Sterne geben. Gerade im Massebereich der O und B-Sterne die zu schwarzen Löchern werden und nur relativ kurz leben muss es mittlerweile deutlich mehr Sternenleichen geben als entsprechende Hauptreihensterne.

  10. #10 Martin
    7. März 2016

    Hallo, eine Frage die sich mir stellt: Die Energie des Universums steckt m.W. nach in den 3 Komponenten normale, sichtbare Materie/Strahlung, Dunkle Materie und Dunkle Energie. Wozu wuerde man jetzt die in Gravitationswellen gebundene Energie rechnen – also wozu wuerden man die 3 Sonnenmassen zaehlen, die beim beruehmten BH-Zusammenstoss in GW umgewandelt wurden? Zaehlen GW immer noch zum sichtbaren Teil der Materie/Energie im Universum?

  11. #11 Captain E.
    7. März 2016

    Zum überwiegenden Teil ja, würde ich denken. Die abgestrahlte Energie dürfte aus der Drehung stammen, und nach gängiger Lehrmeinung erfordert Übertragung von Drehimpuls Reibung. Gerade die soll es bei der Dunkle Materie aber nicht geben, weil sie halt auf der elektromagnetischen Wechselwirkung beruht. Ohne Drehung sollte die Dunkle Materie also auch keine Energie daraus in Form von Gravitationswellen abgeben können.

  12. #12 Alderamin
    7. März 2016

    @Ollie

    Gerade im Massebereich der O und B-Sterne die zu schwarzen Löchern werden und nur relativ kurz leben muss es mittlerweile deutlich mehr Sternenleichen geben als entsprechende Hauptreihensterne.

    Hier siehst Du die Häufigkeiten der einzelnen Spektraltypen (Tabelle, Spalte ganz rechts). M-Sterne leben Billionen Jahre lang. G- und kühlere Sterne mindestens 10 Milliarden. Deswegen gibt es noch eine Menge alter Sterne.

  13. #13 Hans
    7. März 2016

    Hallo, die Abbildung am Anfang dieses Textes zeigt, dass das junge Universum aus 63% Dunkler Materie, aber keine Dunkle Energie enthielt. Heute haben wir 26,8% Dunkle Materie und 68,3% Dunkle Energie. Erstaunlich ist die Zunahme der Dunklen Energie und wie das möglich ist?

  14. #14 Florian Freistetter
    7. März 2016

    @Hans: “Erstaunlich ist die Zunahme der Dunklen Energie und wie das möglich ist?”

    Ja, das ist erstaunlich. Und wie das möglich ist, ist immer noch Teil der aktuellen Forschung. Ein Ansatz geht über die Energie die im Raum selbst steckt. Denn wenn etwas seit dem Urknall WIRKLICH mehr geworden ist, dann der Raum…

  15. #15 Matthias Wolf
    7. März 2016

    »Nun – einmal, weil man schwarze Löcher doch sehen kann. Zumindest indirekt, über ihren gravitativen Einfluss. «

    Das gilt allerdings ohne Einschränkung für dunkle Materie auch.

    Der ›Witz‹ bei dunkler Materie ist, dass sie mit Licht nicht interagiert, es also weder absorbiert noch emittiert. Deswegen ›dunkel‹.

  16. #16 Vortex
    7. März 2016

    Tatsache ist, wir sehen nur ein Bruchteil der Realität, selbst die derzeitigen Theorien über Gravitationswellen und DM könnten immer noch ziemlich unvollständig sein.

    Zitat a.e. Buch:

    Die vollständige Physik der Gravitation ist gemäß Heim nur in einem
    12-dimensionalen Hyperraum möglich

    Vielleicht kann hier ein Wissenschaftler damit was anfangen?, oder diese theoretische Arbeit wird sich zumindest rückwirkend betrachtet, irgendwann sogar als wegbereitend erweisen.

  17. #17 Crazee
    7. März 2016

    Der Ehlers-Verlag aus dem die Publikation stammt, hat einen eigenen Psiram-Artikel: https://www.psiram.com/ge/index.php/Ehlers_Verlag

  18. #18 Andreas Müller
    München
    7. März 2016

    @Hans & Florian
    Die Zahlenwerte in den Tortendiagramme entsprechen Energiedichten, also Energie pro Volumen. Die unterschiedlichen Energieformen (normale Materie, elektromagnetische Strahlung, Dunkle Materie, Dunkle Energie) “dünnen” sich ganz unterschiedlich aus, wenn der Raum (präzise: die vierdimensionale Raumzeit) expandiert. Licht dünnt sich mit der Raumexpansion sehr schnell aus, normale und Dunkle Materie schon weniger schnell und erstaunlicherweise dünnt sich die Dunkle Energie gar nicht aus! (nach akt. Kenntnisstand)
    Deshalb passt auch Einsteins kosmologische Konstante (Lambda; von ihm 1917 eingeführt) am besten zur Beschreibung unseres in der Jetztphase beschleunigt expandierenden Universums: es ist ein Form zeitlich sich nicht ändernde Dunkle Energie. Andere Formen Dunkler Energie wie Qunitessenz, Phantomenergie oder kosmische Strings werden daher weniger favorisiert. (Wen’s interessiert, hier ein technischer Kommentar: Die Abhängigkeit der Energieformen von der Raumexpansion sieht man am besten an der Friedmann-Gleichung. Der Skalenfaktor a(z) steht bei jeder Energieform in einer anderen Potenz.)
    Gruß, Andreas

  19. #19 Vortex
    7. März 2016

    @Crazee / #17

    Das mag ja alles so sein, aber der Physiker Burkhard Heim hatte ja gar nicht mehr gelebt, als seine Theorien dort veröffentlicht wurde, es geht mir hier um deren Wahrheitsgehalt, der am besten von unabhängigen Wissenschaftlern überprüft werden sollte.

  20. #20 Bullet
    7. März 2016

    @Vortex:

    Tatsache ist, wir sehen nur ein Bruchteil der Realität

    Is dem so? Belege, bitte. Und gleich noch den Weg, auf dem du diese Tatsache zweifelsfrei erfahren hast.

  21. #21 Vortex
    7. März 2016

    @Bullet / #20

    Solange mir niemand die Gravitationswellen unmittelbar zeigt, die “Dunkle Materie” direkt enthüllt, nur indirekt reicht nicht, auch ein einzelnes Ereignis nicht, dann ist dies für mich eindeutig nur ein Bruchteil der Realität.

    Immerhin gibt es solche alternative Theorien über die Gravitation, die anscheinend niemand durch einen Supercomputer überprüft, vielleicht benötigt es nur eine kleine Anpassung damit die entdeckten Fehler bei Heim endlich korrigiert werden.

  22. #22 Captain E.
    7. März 2016

    @Matthias Wolf:

    Das gilt allerdings ohne Einschränkung für dunkle Materie auch.

    Der ›Witz‹ bei dunkler Materie ist, dass sie mit Licht nicht interagiert, es also weder absorbiert noch emittiert. Deswegen ›dunkel‹.

    Da hättest du aber auch darauf verweisen müssen, dass Schwarze Löcher kompakte Gebilde sind, in denen sich auf wenig Raum viel Masse verbirgt. Wenn normale (= leuchtende) Materie zu nahe an ein Schwarzes Loch heran kommt, wird sie in den Strudel einer Akkretionsscheibe gezwungen. Stellare Schwarze Löcher bringen ihre Partnersterne ganz erheblich ins Taumeln, und die supermassiven Vertreter im Zentrum der Galaxien zwingen ausgewachsene Sterne auf Umlaufbahnen, die an Planeten erinnern.

    Dunkle Materie scheint dagegen so dünn über das “Butterbrot” Weltraum gestrichen zu sein, dass man sie auf begrenztem Raum wie etwa unserem Sonnensystem überhaupt nicht nachweisen kann. Bemerken kann man sie erst dann, wenn man sich das Verhalten von Galaxien oder Galaxienhaufen anschaut. Erst auf dermaßen riesigen Raumabschnitten kommt genügend Dunkle Materie zusammen für eine erkennbare Wirkung. Das Rotationsverhalten eines (insbesondere unseres) Sonnensystems ist dem einer Galaxis doch sehr unähnlich.

  23. #23 Andreas Müller
    München
    7. März 2016

    @Martin (post #10):
    Eine exzellente Frage! Davon hört und liest man als Normalsterblicher typischerweise nichts.
    Gravitationswellen werden keiner der genannten Energiedichten zugerechnet, sondern bilden eine eigene Kategorie (Omega_GW). Schon vor Jahren berechneten Theoretiker in der Kosmologie, ob ihr Anteil bedeutsam für die Entwicklung des Universums sein könnte, z.B. der Einfluss von nach der Inflationsepoche übrig gebliebenen Gravitationswellen auf die Strukturbildung (u.a. Arbeiten von Ruth Durrer, Uni Genf).
    Der Anteil der Gravitationswellen ist allerdings einige Zehnerpotenzen geringer als bei den anderen prominenten Energieformen. 2011 berechneten Theoretiker beispielsweise die Energiedichte, die in Gravitationswellen steckt, wenn man annimmt, dass sie von urzeitlichen Schwarzen Löchern emittiert wurden. Sie hängt auch von der Frequenz der Gravitationswellen ab. Siehe hier: http://arxiv.org/pdf/1105.2303.pdf
    Gruß, Andreas

  24. #24 Klaus
    7. März 2016

    o.T. … aber hier vielleicht interessant (und was zum schmunzeln zwischendurch):
    http://www.bildblog.de/wp-content/perlen157.jpg

  25. #25 Bullet
    7. März 2016

    @Vortex:

    Solange mir niemand die Gravitationswellen unmittelbar zeigt, die “Dunkle Materie” direkt enthüllt, nur indirekt reicht nicht, auch ein einzelnes Ereignis nicht, dann ist dies für mich eindeutig nur ein Bruchteil der Realität.

    a) wenn du mit jemandem telefonierst, den du noch nie gesehen hast und auch nicht kennst (ein Gerichtsvollzieher bspw.) – gehört diese Person dann auch nicht zu deiner Realität? Das Telefon ist ja auch nur ein indirektes “Meßinstrument” für die Existenz des Gerichtsvollziehers…

    b) wenn dieser “Bruchteil” etwa 97,3% beträgt, ist das gewiß nicht die volle Realität. Das rechtfertigt aber nicht deine Aussage.
    Immerhin kannst du dich entspannt zurücklehnen und dich daran erfreuen, daß das Universum wahrscheinlich weiter reicht als bis zur kosmologischen Sichtbarkeitsgrenze. Wir werden nie das ganze Universum sehen können, und damit nur einen, äh, “Bruchteil” der Realität. Was auch immer das heißen soll.

  26. #26 Krypto
    7. März 2016

    @Andreas Müller #22:
    Danke für die Info!
    Hier noch ein Crosspost, der sich auch darum dreht -wenn auch auf kleinerer Skala-:

    http://www.pro-physik.de/details/news/9027141/Allgemein_relativistische_Strukturbildung.html

  27. #27 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    7. März 2016

    @Bullet

    ” wenn du mit jemandem telefonierst, den du noch nie gesehen hast und auch nicht kennst ”

    Naja, dann wäre dein Kommentar hier für ihn auch kein Beweis deiner Existenz.
    Belege ihm bitte mal anders.
    Könnte schwierig werden 😉

    Lg H.

  28. #28 Vortex
    7. März 2016

    @Bullet / #24

    Antwort gerade gesendet, hängt noch in der Mod.

  29. #29 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    7. März 2016

    @myself

    Oh, ich sehe gerade was. Sollte eigentlich so sein:
    “Beleg ihm die bitte mal anders.”

  30. #30 Toolianmax
    7. März 2016

    Mit Verlaub – WIMPs sind weakly interacting (=interagierend – nicht interactive) massive particles!
    😉

  31. #31 Florian Freistetter
    8. März 2016

    @Andreas: Vielen Dank für deine Erklärungen. Das mit Omega_GW wusste ich auch noch nicht. Muss ich mal drüber recherchieren und was schreiben!

  32. #32 Martin
    8. März 2016

    @ Andreas Müller
    Danke fuer die Erklaerung dazu. Gibt es dann neben Omega_GW noch mehr Komponenten, welche sich den drei Hauptenergiedichten nicht zurechnen lassen?

  33. #33 Bullet
    8. März 2016

    @Higgs: nope, meine Existenz kann ich dann auch nicht beweisen. Genau darauf will ich ja hinaus.

  34. #34 Matthias Wolf
    8. März 2016

    @Captain E. (#22) – Nein, durchaus nicht, denn schwarze Löcher interagieren heftig mit elektromagnetischer Strahlung und Materie, wie Du selbst sagst.

    Um die Rotationscharakteristik von Galaxien zu erklären, können Sie eine Rolle spielen, aber man kann sie nicht zur ›dunklem Materie‹ rechnen, die sich dadurch auszeichnet, nicht mit Strahlung zu wechselwirken.

    @Toolianmax (#30) ›Aktion‹ ist nur das Substantiv zu ›agieren‹. Es geht also beides.

  35. #35 Captain E.
    8. März 2016

    @Matthias Wolf:

    Nein, durchaus nicht, denn schwarze Löcher interagieren heftig mit elektromagnetischer Strahlung und Materie, wie Du selbst sagst.

    Um die Rotationscharakteristik von Galaxien zu erklären, können Sie eine Rolle spielen, aber man kann sie nicht zur ›dunklem Materie‹ rechnen, die sich dadurch auszeichnet, nicht mit Strahlung zu wechselwirken.

    Eben, und wieso hast du dann geschrieben, dass dies “allerdings ohne Einschränkung auch für dunkle Materie gilt”? Ein Teil der Masse eines Schwarzen Lochs besteht mit Sicherheit aus Dunkler Materie (ihre Existenz einmal vorausgesetzt) und dazu gab es wohl auch schon Untersuchungen, aber aller Wahrscheinlichkeit kann sie nur in bestehende Löcher hinein geraten und nicht ohne baryonische Materie welche bilden. Zahlreiche, weit verstreute Schwarze Löcher ohne Materie in ihrer Umgebung könnten im Prinzip ähnlich wirken wie großflächig angeordnete subatomare Teilchen, aber das ist reine Spekulation.

    Um das mal anders zu beschreiben: Jedes Schwarze Loch, also einen große Masse auf kleinstem Raum, kann als Gravitationslinse wirken. Dunkle Materie, so wie man sie heute annimmt, kann so nur ab Galaxiengröße aufwärts wirken, also durch eine wirklich große Masse, verteilt auf einen riesigen Raum.

  36. #36 Alderamin
    8. März 2016

    Das Problem mit Schwarzen Löchern als DM ist, die entstehen (soweit wir wissen) aus baryonischer Materie (Sterne oder einfallendes Gas in Supermassive Schwarze Löcher), und wir wissen aus der Nukleosynthese nach dem Urknall schon, dass die baryonische Materie nur ein Fünftel der Materie insgesamt ausmachen kann (bzw. kurz nach dem Urknall ausmachte).

  37. #37 Ingo
    8. März 2016

    Mit ist ein Zusammenhang zwischen SRT und Raumausdehnung nicht klar.

    Wenn sich der Raum zwischen zwei Galaxien ausdehnt,- dann heisst das, dass die beiden Galaxien KEINE Beschleunigung erfahren,- obwohl sie anschliessend voneinander weg bewegt werden.

    Soweit OK.

    Nach der SRT (veranschlicht durch das Minkowski-Diagramm) wird wahrend einer ‘konventionellen Beschleunigung’ der Winkel zwischen der Raumachse und der Zeitachse verkleinert. (Scherung), sodass der Raum quasie in die Zeit hineingekippt wird,- und die Zeit in den Raum (schwer zu beschreiben,- im Diagramm aber recht anschaulich dargestellt).
    Folge: Zeitdilatation, Längenkontraktion in Bewegungsrichtung, Veraenderung der Gleichzeitigkeit gegenueber dem urspruenglichen Bezugssystem etc etc.

    Soweit auch ok.

    Frage:
    Gibt es diese Scherenbewegung im Minkowski-Diagramm auch wenn die Beschleunigung durch eine Raumausdehnung ausgeloesst wird? In diesen Fall erfahren die beiden beteiligen Galaxien ja garkeine Beschleunigung.
    Falls dem so ist muesste auch eine Laengenkontraktion einsetzen die quasie der Raumausdehnung entgegenwirkt.
    Gleichzeitig wuerde sich aber auch das System der Gleichzeitigkeit veraendern, und die jeweilig andere Galaxie ploetzlich so erscheinen wie sie in der Vergangenheit war.

    Zusatzfrage: Wie sieht das Minkowski-Diagramm aus, wenn sich zwei Galaxien mit scheinbarer Ueberlichtgeschwindigkeit voneinander entfernen. Dies ist bei Raumausdehnungs-ausgeloessten Bewegungen ja erlaubt.
    (Kausalitaet kann dabei aber nicht verletzt werden, da in einen solchen Fall kein Signal mehr von einer Galaxie zur anderen verschickt werden kann)

  38. #38 Matthias Wolf
    8. März 2016

    @Ingo (#37): Mache es Dir mit einem Lichtkegel klar:

    Im Minkowski-Diagramm kannst Du sehen, welche Punkte der Raumzeit mit einander interagieren können und welche nicht. Der Ursprung ist ein bestimmtes Ereignis (definiert durch die Koordinaten 0,0,0,0), die horizontale Achse ist die Raumachse, die vertikale die Zeitachse.

    Vom Ursprungsereignis aus können alle Punkte erreicht werden, die sich im Kegel mit 45° Steigung befinden (also im oberen, V-förmigen Trichter). Das sind jetzt keine 45°, aber man kriegt eine Idee:
    \  |+/
    ̲ ̲ ̲\̲|̲/̲ ̲ ̲ ̲ ̲*̲ ̲ ̲ ̲ ̲
      /|\ @
    /#|  \
    Auf der waagrechten Achse liest Du ab, wie weit die Ereignisse von einander entfernt stattfinden, auf der senkrechten, wie viel Zeit dazwischen liegt. Vom Ursprung aus ist das + erreichbar, der * nicht. Anders gesagt: das Ursprungsereignis kann auf das Ereignis + einwirken, nicht aber auf *. # und @ liegen in der Vergangenheit. Umgekehrt umfasst nämlich der untere, A-förmige Lichtkegel die Ereignisse, die auf den Ursprung einwirken können. # kann einwirken, @ nicht. (@ kann aber auf * einwirken).

    Jetzt zu Deiner Frage: die Scherung, die Du beschreibst, wird ohne Lichtkegel nur aus Bequemlichkeit mit einer waagrechten Raumachse gezeichnet. Würde man den Lichkegel einzeichnen, so würden sich /beide/ Achsen in Richtung Lichtkegel (\ bzw. /) lehnen, bis sie bei Lichtgeschwindigkeit zusammen fallen: die Zeit wird raumartiger, der Raum zeitartiger. Bei Lichtgeschwindigkeit kommen sie zur Deckung und werden lichtartig. Weder Raum noch Zeit existieren noch.

    Ich hoffe, damit kannst Du Dir Deine Frage beantworten: der Teil des Universums, der sich (nicht scheinbar!) mit Überlichtgeschwindigkeit fortbewegt, liegt außerhalb des Lichtkegels.

  39. #39 Ingo
    9. März 2016

    @Matthias Wolf #38

    Das DIagramm ist mir klar,- auch die Scherung und das verhalten des Lichtkegels. Auch dass mit einer Galaxie ausserhalb des Kegels nicht interagiert werden kann. (Hatte ich ja auch geschrieben)

    Meine Frage ist aber anders gemeint gewesen.

    Die Scherbewegung der Achsen findet bei einer Beschleunigung statt.
    Findet sie auch statt wenn die scheinbare Beschleunigung durch eine Raumausdehnung ausgeloesst wird?

    Durch die Raumausdehnung sind die Galaxien relativ zueinander in Bewegung, und muessten daher eine Laengenkontraktion erfahren.
    Andererseits hat es keine Beschleunigung gegeben die die Scherung ausgeloesst haette.

    Meine Zusatzfrage: Wie werden die Bezugsachsen einer scheinbar ueberlichschnellen entfernten Galaxie eingezeichnet. Theoretisch muessten in diesen Fall ja Raum und Zeitachse vertauscht sein. Das macht aber wenig Sinn. (Eventuell ist das Diagramm in diesen Fall einfach ungeignet)

  40. #40 JoselB
    9. März 2016

    Sofern ich die SRT und ART richtig verstanden habe, findet keine Scheerung statt. Stattdessen wird der Kegel selbst verformt, zumindest dann wenn man die mitbewegte Entfernung als Maßstab für den Raum nimmt. Er wird sich in die Zukunft verengen und in die Vergangenheit verbreitern, wodurch sich letztendlich die Position von entfernten Ereignissen relativ zum Kegel trotzdem ändern. Kann man hier gut an dem animierten Kegel sehen:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Expansion_of_the_universe,_comoving_coordinates_%28Animation%29.gif

  41. #41 JoselB
    9. März 2016

    Ich hab nochmal darüber nachgedacht. Ein Lichstrahl aus der Vergangenheit wird in einem System mit weniger räumlicher Dehnung als in dem Empfangsystem losgeschickt. Dadurch wirken auch die ihn auslösenden Ereignisse gegenüber dem Empfangssystem verzerrt. Ob das aber denselben Effekt wie eine Scherung durch Beschleunigung hat, müsste jemand mit mehr Zeit nachrechnen.

  42. #42 Ingo
    9. März 2016

    Die Scherung im Minkowski-Diagramm beschreibt NICHT wie etwas aussieht, weil das Licht von A nach B eine gewisse Zeit braucht. (Obwohl man es daraus herleiten kann wenn man will).
    Die Laengenkontraktion ist KEINE optische Erscheinung aufgrund des langsamen Lichts.

    Bei der Betrachtung der Zeit im entfernten System muss man zwei unterschiedliche Effekte beruecksichtigen:
    a) scheinbare Verlangsamung, da das Licht des entfernten Systems mit steigener Entfernung immer laenger zum Empfaenger braucht (das ist nicht im Diagramm eingezeichnet, aber auch im Diagramm herleitbar)
    und
    b) Unterschiedlich schnell laufender Zeit zwischen lichtsendenen und lichtempfangenden System im Sinne einer Zeitdilatation im Sinne der SRT (ergibt sich aus dem Diagramm direkt)

    Eine Scherung wuerde eingetreten sein wenn BEIDE Effekte beobachtbar sind.
    Keine Scherung waere eingetreten, wenn nur Effekt a beobachtbar ist.

    Falls die Scherung (Lorenz-Transformation) stattgefunden hat, dann muesste auch eine Laengenkontraktion feststellbar sein.
    Ausserdem muesste das Bezugssystem der sich entfernen Galaxie ‘interessant’ aussehen.

    Mein Bauchgefuehl sagt mir dass das irgendwie nicht hinhaut, da eine solche Transformation vorraussetzt, dass sich beide Beobachter (in unterschiedlichen Ruhesystemen) am gleichen Ort zur gleichen Zeit befinden. Das ist aber nicht der Fall, da die Galaxien sehr weit voneinander entfernt sind.
    Anders ausgedrueckt: Sie koennen sich nicht darueber streiten wer nun wie recht hat wenn Uhren falsch gehen und Laengen durcheinander geraten weil sie nicht miteinander kommunizieren koennen (=Sie ausserhalb der jeweiligen Lichtkegel liegen, und nur im Vergangenheitskegel erscheinen)

    Trotzdem moechte ich annehmen, dass ein Objekt welches sich von mir entfernt laengenkontraktiert erscheint.

  43. #43 JoselB
    9. März 2016

    Ich denke nicht, dass eine Scherung nach der SRT auftritt. Worauf ich eher hinauswollte ist, dass wenn ein entferntes, vergangenes Koordinatensystem parallel zum Lichtstrahl auf ein heutiges System verschiebt, ohne die Effekte der Raumdehnung zu kompensieren, so dürfte das zu gedrehten Raum- und Zeit-achsen führen, ähnlich wie bei einer Beschleunigungscherung. Die Frage ist, ob das wirklich der Fall ist und wie man dazu eine solche parallele Verschiebung definieren muss. Und schließlich ob der Effekt auch quantitativ der gleiche wäre.

    Praktisch dürfte es nicht relevant sein, weil die Scherung für lokale Systeme mit einer relativen Geschwindigkeit gilt, aber die Transformation von dem vergangenen System nicht lokal ist. Wenn der Effekt aber quantitativ der gleiche wäre, könnte man rechnerisch statt der Raumdehnung auch mit dem Dopplereffekt rechnen und würde auf das selbe Ergebnis kommen. Eine Zahlenspielerei also.

  44. #44 CHSTAR
    9. März 2016

    Hallo,

    könnte man denn über die Gravitationwellen bemerken wenn jemand künstlich den Raum krümmt? ( z.B. Für interstellaren Reisen)
    Ist jetzt sehr konturiert, aber wer weiß …

  45. #45 Krypto
    9. März 2016

    @CHSTAR:
    Das ist science fiction und man müsste schon grob die Physik davon kennen.
    Da aber nur die gewaltigsten Ereignisse im Kosmos hinreichend detektierbare GW verursachen, würde ich mal sagen: Nein.

  46. #46 Vortex
    10. März 2016

    OK, zum Thema künstliche Gravitation, künstliche Raumkrümmung,
    evtl. bringt dies ja was?

    Quantum Theory for Space Propulsion Physics”

  47. #47 Vortex
    11. März 2016

    Zum Thema im weiteren Umfeld habe ich hier noch Theorien, (od. Hypothesen?) zur Gravitationswechselwirkung gefunden. Quantentheorie und Gravitation

    P.S.: Komisch, wieso ist das Gravatarbild jetzt anders?

  48. #48 Herr Senf
    11. März 2016

    Man kann jetzt Gravitationswellen auch selber fangen für 185 €.
    Googelt mal nach “Gravitationswellen-Spiegelempfänger” und findet den Marktplatz “willhaben.at”, da kann man kaufen – ein halber Würfel aus 3x 15*15cm² Spiegeln, natürlich aus Spezial-Kristall von wegen der Wirkung und dem Preis.
    Irgendwann mußte ja kommen, was die Esos schon immer wußten, ich bau mal selbst 😉

  49. #49 Spunk123
    11. März 2016

    ich habe nur ein Patent der Siemens AG Österreich gefunden:

    http://www.dpma.de/docs/service/a09/gravitation/at408697b.pdf

    Viele Grüße

    spunk123

  50. […] Hat der Nachweis von Gravitationswellen etwas mit dunkler Materie zu tun? […]

  51. #51 Matthias Wolf
    12. März 2016

    @Ingo (#39): ich hab nachgedacht, aber ich kann’s nicht beantworten. Rein gefühlsmäßig ist das unbeochtbare Universum im Minkowski-Diagramm völlig zusammengefallen und lichtartig mit dem lokalen Diagramm verbunden. Aber herleiten kann ich das nicht.

  52. #52 Matthias Wolf
    12. März 2016

    Nachsatz: andererseits: Scherung im MD durch Raumexpansion dürfte es /nicht/ geben. Wie könnten sonst die hier beobachteten Dauern von Supernovae unabhängig von ihrer Entfernung nur vom Typ abhängig sein?

  53. #53 Myscibco
    15. März 2016

    Wegen der Statistik bin ich ein wenig beunruhigt.

    In den nächsten Jahren und Jahrzehnten werden wir mehr als genug neue Daten sammeln

    Es ist bisher nur ein einziges Ereignis gemessen, oder ist in dem halben Jahr noch etwas dazugekommen?
    Wenn nein, dann werden wir wohl noch etwas warten müssen, bis wir eine verlässliche Statistik zur Massenverteilung der schwarzen Löcher zusammenhaben. Oder gibt es Hoffnung, weil eLISA mehr nachweisen kann?

  54. #54 Myscibco
    15. März 2016

    Noch etwas: auch wenn die Vermutungen von Simeon Bird und Mitarbeitern zu den primordialen schwarzen Löchern nicht korrekt sein sollten, sind denn die Abschätzungen richtig zur Anzahl schwarzer Löcher, die es braucht um das Ereignis (und die fehlenden Ereignisse danach) zu erklären?

    Momentan passt für mich da etwas nicht zusammen:
    die dunkle Materie füllt ja etwa einen kugelförmigen Bereich aus.
    Nach Bird sollten also sehr viele schwarze Löcher im Halo der Milchstraße und den anderen Galxien vorhanden (korrekt? Hab’s nicht nachgesehen)?
    Wenn ja, und es gibt nicht so viele schwarze Löcher, dann war es sogar Glück in einem halben Jahr überhaupt ein Ereignis zu messen? Gibt es Abschätzungen zu der Häufigkeit solcher Signale? Passen die in etwa zur gemessenen Häufigkeit (ok, die Statistik ist noch schlecht …)?

  55. #55 Alderamin
    15. März 2016

    @Myscibco

    So viel ich weiß, fand man noch andere Events, die aber nicht die nötige Signifikanz hatten (also auch zufälliges Rauschen gewesen sein könnten). Im Moment lauscht LIGO nicht, sondern wird weiter verbessert. Im Lauf des Jahres wird dann wieder gemessen.

    eLISA startet erst in den 2030ern (2034 geplant). Derzeit ist nur LISA Pathfinder im Orbit, mit der die nötige Technologie getestet wird, aber mit so kurzer Interferometer-Armlänge (innerhalb des Satelliten!), dass man damit keine Gravitationswellen wird finden können.

    LIGO soll noch in zwei Stufen verbessert werden (mit dann 3-facher Empfindlichkeit und 27-fachem überwachtem Volumen) und ein dritter Detektor in Indien gebaut werden. Außerdem gibt es einen vergleichbaren Detektor in Italien (VIRGO). Der war zur Zeit des nachgewiesenen LIGO-Events leider gerade nicht aktiv.

  56. #56 Florian Freistetter
    15. März 2016

    @Myscibco: “Es ist bisher nur ein einziges Ereignis gemessen, oder ist in dem halben Jahr noch etwas dazugekommen?
    Wenn nein, dann werden wir wohl noch etwas warten müssen, bis wir eine verlässliche Statistik zur Massenverteilung der schwarzen Löcher zusammenhaben. Oder gibt es Hoffnung, weil eLISA mehr nachweisen kann?”

    Nein, dazu kam nichts. Weil LIGO derzeit ausgeschaltet ist (planmäßig). Und natürlich können mehr Observatorien und bessere Observatorien (die geplant sind) auch mehr Daten sammeln.