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Sternengeschichten Folge 273: Wie bestimmt man die Masse eines Sterns

In der letzten Folge der Sternengeschichten habe ich erzählt, wie schwierig es ist, das Alters eines Sterns zu bestimmen. Die Eigenschaften von Sternen zu bestimmen ist überhaupt sehr knifflig. Direkt können wir nur ihre Helligkeit und ihre Position messen. Alles andere müssen wir indirekt herausfinden und das gilt auch für die Masse. Und falls sich jemand erinnert: Kenntnis über die Masse ist unter anderem auch notwendig, wenn man das Alter eines Sterns heraus finden will.

Die Physiker oder die Biologen haben es da einfach. Wenn die die Masse ihrer Forschungsgegenstände bestimmen wollen, müssen sie das Zeug einfach nur auf eine Waage legen. Ok, in der Praxis ist es vielleicht nicht immer so einfach. Aber sie haben es auf jeden Fall leichter als die Astronomen. Die Sterne sind so weit entfernt, dass wir keine Chance haben, sie aus der Nähe zu untersuchen. Wir können nur das Licht registrieren, das aus unvorstellbar weiter Entfernung durchs All kommt und irgendwann einmal auf die Detektoren unserer Teleskope trifft.

Größenvergleich von Planeten und Sternen.  (Bild: Dave Jarvis, CC-BY-SA 3.0)

Größenvergleich von Planeten und Sternen. (Bild: Dave Jarvis, CC-BY-SA 3.0)

Aber das reicht, um die Masse bestimmen zu können. Meistens jedenfalls. Wirklich einfach ist es, wenn wir direkt sehen können, wie sich ein Stern bewegt. Das tun natürlich alle Sterne. Sie alle bewegen sich um das Zentrum der Milchstraße herum und alle bewegen sich auch einfach so durch die Gegend. Diese Bewegung können wir zwar durch sehr genaue Positionsmessungen auch messen, daraus aber nicht direkt die Masse ableiten. Das geht nur, wenn es sich um Doppelsterne handelt.

Doppelsterne sind, wie der Name schon sagt, zwei Sterne die durch ihre Gravitationskraft aneinander gebunden sind. Sie umkreisen einander und genau darum geht es. Wenn Sterne einander umkreisen, dann tun sie das nach den gleichen Regeln die vor knapp 400 Jahren schon Johannes Kepler für die Bewegung der Planeten um unsere Sonne aufgestellt hat. Vor allem befolgen sie auch das dritte Keplersche-Gesetz. Wer sich an die Schulzeit erinnert – das ist das mit den Quadraten und Kuben: “Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die Kuben der großen Halbachse der Ellipse.” Oder etwas vereinfacht gesagt: Je weiter entfernt die Umlaufbahn eines Planeten von seinem Stern ist, desto länger braucht er für einen Umlauf.

Das heißt folgendes: Wenn man das Verhältnis der Umlaufzeiten zweier Planeten kennt, kann man daraus das Verhältnis ihrer großen Halbachsen berechnen, also die mittleren Abstände der Planeten von der Sonne. Wir haben es nun aber nicht mit einem Planeten und einem Stern zu tun, sondern zwei annähernd gleich schwere Himmelskörper, von denen nicht einer den anderen umkreist sondern beide gemeinsam um ihren Massenschwerpunkt kreisen. Sie tun das mit einer bestimmten Umlaufzeit und die Bahnen auf der sie das tun, haben eine bestimmte Größe. Kennt man diese Werte, kann man daraus mit dem dritten Keplerschen Gesetz einerseits die Summe der beiden Massen bestimmen. Man kann aber auch das Verhältnis der beiden Massen bestimmen und mit dieser Information schließlich die jeweiligen Massen selbst berechnen.

Jetzt muss man nur noch Umlaufzeit und Umlaufbahnen der Sterne herausfinden. Im Idealfall kann man das direkt sehen. Die beiden Sterne Sirius A und Sirius B zB umkreisen einander einmal alle 50 Jahre. 50 Jahre reichen also aus, um einen kompletten Umlauf zu beobachten. Sirius A ist außerdem weit genug von Sirius B entfernt und die Umlaufbahn groß genug, um sie im Teleskop auch sehen zu können. Aber so einfach ist es nicht immer (wobei man darüber streiten kann, ob eine 50jährige Beobachtungskampagne als “einfach” bezeichnet werden kann). Da ist zum Beispiel einmal der Umstand, dass wir ja von der Erde aus nicht immer direkt von “oben” auf die Umlaufbahn eines Doppelsternsystems schauen. Die Ebenen in der sich Sterne bewegen sind zufällig verteilt und wir können unter irgendeinem Winkel auf sie blicken.
Dieser Winkel verzerrt unser Bild der Umlaufbahn und er lässt sich nicht so ohne weiteres bestimmen. Aber es geht (und vielleicht erkläre ich in einer eigenen Folge der Sternengeschichten einmal genau, wie man so was machen kann). Oft sind die Sterne aber auch so nahe beieinander, dass man die Bahn schlicht und einfach nicht sehen kann. Wir sehen nur einen hellen Punkt, der seine Helligkeit verändert, je nachdem wie die beiden Sterne sich von uns aus gesehen gerade bedecken. Aus dieser Helligkeitsänderung lässt sich zwar die Umlaufperiode bestimmen, aber den Abstand zwischen den Sternen zu bestimmen ist ebenfalls knifflig.

Die Sterns Sirius A und Sirius B. Sirius B ist ein weißer Zwerg - er ist als kleiner heller Punkt links unten zu sehen (Bild: NASA, ESA, H. Bond (STScI), and M. Barstow (University of Leicester )

Die Sterns Sirius A und Sirius B. Sirius B ist ein weißer Zwerg – er ist als kleiner heller Punkt links unten zu sehen (Bild: NASA, ESA, H. Bond (STScI), and M. Barstow (University of Leicester )

Man muss also ziemlich viel beobachten. Man muss lange beobachten, man muss den Abstand der Sterne von der Erde bestimmen (was auch wieder schwierig sein kann), man muss die Helligkeitsveränderungen beobachten, und so weiter. Aber am Ende kann man bei Doppelsternen aber ziemlich genau die Masse bestimmen.

Aber nicht jeder Stern ist ein Doppelstern und nicht immer hat man die Zeit, Jahrzehnte lang zu beobachten um die Masse bestimmen. Zum Glück gibt es auch noch andere Methoden, die zwar nicht so genau sind, dafür aber ein wenig einfacher. Zum Beispiel die sogenannte “Masse-Leuchtkraft-Beziehung”. Wenig überraschend wird damit eine Beziehung bezeichnet, die zwischen der Masse und der Leuchtkraft eines Sterns besteht.

Ich habe in der letzten Folge schon erwähnt, dass die Masse eines Sterns seine Lebensdauer massiv beeinflusst. Vor allem deshalb, weil Sterne umso größere Temperaturen haben, je mehr Masse sie besitzen. Dadurch läuft die Kernfusion in ihrem Inneren schneller ab und sie sind schneller am Ende ihres Lebens angelangt. Sie leuchten aber auch heller und genau das ist die Beziehung um die es geht. Die Leuchtkraft eines Sterns hängt im wesentlichen von seiner Größe und – viel stärker – von seiner Temperatur ab. Nimmt man nun die mathematischen Formeln die die Temperatur im Inneren eines Sterns beschreibt und seinen Radius; wenn man mathematische Formeln nimmt, mit denen sich der Zustand eines Gases beschreiben lässt, der Druck und so weiter – dann kann man das alles mathematisch zusammenbasteln und erhält als Resultat eine rechte simple Formel: L ist ungefähr gleich M hoch 3,5. L ist dabei natürlich die Leuchtkraft und M die Masse.

Nehmen wir die Sonne als Beispiel. Ein Stern der doppelt so viel Masse hat wie die Sonne hat eine Leuchtkraft, die 2 hoch 3,5 also circa 11,3 mal so groß ist wie die der Sonne. Oders andersherum: Beobachten wir einen Stern, der 11,3 mal so hell leuchtet wie die Sonne, folgt daraus das er die doppelte Masse haben muss.

Klingt simpel, ist aber natürlich auch wieder kniffliger als man denkt. Um die Leuchtkraft korrekt messen zu können, müssen wir zuerst einmal die Entfernung des Sterns kennen, was – wie schon gesagt und in den Folgen 19 und 20 der Sternengeschichten erklärt – nicht immer einfach ist. Wir müssen die Helligkeit ziemlich genau messen. Und wir müssen uns bewusst sein, dass die Formel nur eine Abschätzung ist und keine exakte Berechnung. Je nachdem welche theoretische Grundlage man für die mathematische Ableitung benutzt, kann statt der 3,5 auch 3,3 oder 3 herauskommen.

Die Masse-Leuchtkraft-Beziehung kann man auch nicht wahllos bei irgendwelchen Sternen anwenden. Sterne mit sehr geringer Masse funktionieren anders als Sterne mit großer Masse. Massearme Sterne mischen ihr Material ziemlich stark durch; Material von der Oberfläche des Sterns sinkt bis in den Kern des Sterns ab und steigt wieder auf. Bei massereichen Sternen ist das anders, da wird Material nur in den oberen Schichten durchgemischt. Das verändert auch die Beziehung zwischen Masse und Leuchtkraft. Je nach Masse des Sterns ist die Masse-Leuchtkraft-Beziehung unterschiedlich, was ein wenig blöd ist, wenn man aus der Leuchtkraft ja erst die Masse bestimmen will und nicht weiß, welche der Formeln man nun verwenden soll.

Aber zumindest abschätzen kann man die Masse damit und das ist besser als nichts. Und dafür, dass die Sterne so enorm weit entfernt sind, ist das, was die Astronomen über sie heraus finden können, eigentlich ziemlich beeindruckend!

Kommentare (46)

  1. #1 Yeti
    16. Februar 2018

    Wenn ich mir das Bild mit den Größenvergleichen angucke, wird mir schwindelig. Es war mir nicht wirklich bewusst, dass es solche riesigen Sterne gibt.

  2. #2 Thomas N.
    Berlin
    16. Februar 2018

    @Yeti, dann viel Spaß hiermit: https://www.youtube.com/watch?v=HEheh1BH34Q

  3. #3 Bernd
    16. Februar 2018

    @Yeti
    und das ist noch nicht das Ende… siehe UY Scuti u.a.

  4. #4 Artur57
    17. Februar 2018

    Wie groß und wie alt wird ein Stern? Mir scheint, dass das ganz entscheidend von seiner Zusammensetzung abhängt und hier wiederum vom Moment des Zündens der Kernfusion. Denn ab diesem Zeitpunkt wächst der Stern nicht mehr, weil der entstehende Sonnenwind zumindest alle Gase hinfort bläst. Die größten Sterne sind durchweg reine Wasserstoffsterne, die kleinsten sind Braune Zwerge, Zwischenzustände zwischen Planet und Sonne. Es scheint, als ob der Moment der Zündung von der Metallizität abhängt, je höher um so früher die Zündung. Werden zwei chemisch identische Sterne gleich groß und gleich alt? Ich sage mal: ja. Ich kann mich allerdings irren. Muss ja im Trump-Zeitalter dazu gesagt werden.

    Zumindest die Elemente in den oberen Schichten des Sterns sind ja erkennbar. Aber wäre es nicht sinnvoll, daraus auf die Zusammensetzung der unteren Schichten zu schließen? Und hätte man damit nicht Masse und Lebensdauer der Sonne geklärt?

  5. #5 Captain E.
    17. Februar 2018

    @ Artur57:

    Ich bezweifle, dass der Zusammenhang zwischen Zusammensetzung einer Gaswolke und der Größe von Sternen so einfach ist. Es gibt natürlich eine Faustformel, derzufolge die riesigen Wasserstoff-Helium-Sterne heute nicht mehr entstehen können. Andererseits bestehen junge Sterne auch heute noch fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium. Die “Verunreinigungen” sind zwar wichtig, aber mengenmäßig unbedeutend.

    Beim Kollaps einer Gaswolke dürften auch Masseverteilungen und Turbulenzen eine wichtige Rolle spielen. Mir fällt da gerade Sirius ein. Das ist ein Doppelsternsystem, das sich vor 200-240 Millionen Jahren gebildet haben dürfte. Der kleinere, Sirius A, hat sich mit zwei Sonnenmassen (oder vielleicht auch etwas weniger) gebildet, der größere, Sirius B, mit fünf Sonnenmasse. Sirius A hat möglicherweise vor ca. 100 Millionen Jahren an Masse zulegen können, als Sirius B 80 % seiner Masse abgestoßen und sich in einen Weißen Zwerg von nur noch einer Sonnenmasse verwandelt hat. Die Chemische Zusammensetzung der Gaswolke, aus der sich die beiden Siriusse gebildet haben, kann also nicht das alleinige Kriterium für ihre Größe gewesen sein.

  6. #6 Artur57
    17. Februar 2018

    Da erinnere ich mich an einen Spektrum-Artikel, in dem vermutet wurde, dass sich noch 99 Prozent des universalen Wasserstoffs in “Filamenten” befindet und somit noch als Rohmaterial für neue Sterne bereit steht. Das kann man allerdings nicht genau sagen, weil die Filamente großenteils unsichtbar sind, sie leuchten ja nicht.

    Das mit Sirius ist natürlich ein Argument. Aber ob beide, Sirius A UND B, wirklich aus demselben Material gebaut sind, ist doch etwas fraglich. Aus Wikipedia:

    “Nach mehrjährigen Positionsmessungen, aus denen sich auch die Abstände der beiden Sterne vom gemeinsamen Schwerpunkt und damit ihr Massenverhältnis ergaben, stellte Otto von Struve 1866 fest, dass der Begleiter etwa halb so schwer war wie Sirius selbst. Bei gleichem Aufbau wie Sirius hätte der Begleiter damit immerhin 80 % von dessen Durchmesser und deshalb eine nur wenig geringere Helligkeit haben müssen. Weil der Begleiter aber nur die achte Größenklasse erreichte, also 10.000-mal leuchtschwächer als Sirius war, schloss Struve, „dass die beiden Körper von sehr unterschiedlicher physischer Beschaffenheit sind“.

  7. #7 Alderamin
    17. Februar 2018

    @Artur57

    Sirius B ist ein weißer Zwerg, die bestehen aus hochkomprimierter, entarteter Materie, die vom Entartungsdruck der Elektronen (die so dicht zusammenrücken, wie es das Pauli-Prinzip und die Relativitätstheorie gerade noch erlauben) stabilisiert werden. Der Stern ist nur etwa so groß wie die Erde. Ein Kubikzentimeter von Sirius B hat mehrere Tonnen Masse.

    Das ist aber am Ende immer noch Wasserstoff und etwas Helium, denn die Atomkerne sind unverändert. Die gehen erst beim Übergang zu einem Neutronenstern hops.

    Dass noch 99% des primordialen Gases in den Filamenten des kosmischen Netzes stecken soll, scheint mir unwahrscheinlich, sonst würden ja noch nennenswert neue Galaxien entstehen, mit einer Rate ähnlich hoch wie kurz nach dem Urknall. Da ist zwar noch etwas Gas übrig, aber so viel? Eher nicht.

  8. #8 Captain E.
    18. Februar 2018

    Tja, die Filamente, das sind wir. Soll heißen: Die Filamente, die die Voids begrenzen, bestehen aus Galaxienhaufen. Das ist eben nicht nur Gas, sondern das sind auch viele Sterne.

  9. #9 Artur57
    18. Februar 2018

    @Alderamin

    Habe den Spektrum-Artikel nicht gefunden, aber etwas Ähnliches in der Zeit.

    Diese Gaswolken sind üblicherweise nicht sichtbar, hier ist eine Ausnahme, weil die Wolke beleuchtet wurde. Man ist da also auf Schätzungen angewiesen, wobei man allerdings auf diese 99 Prozent kommen kann. Was allerdings immer nur eine Vermutung war, nie eine Behauptung.

    Es ist also nicht so, dass sich da, wo sich Wasserstoff befindet, auch automatisch Sterne entstehen. Was ja auch einleuchtet, denn der Wasserstoff baut einen Gegendruck auf, der die gravitative Anziehung massiv übersteigt. Es muss da also eine Besonderheit geben, wo Sterne entstehen. Hm. Primordiale Schwarze Löcher? Dunkle Materie?

  10. #10 Alderamin
    18. Februar 2018

    @Artur57

    In dem Zeit-Artikel geht‘s um einen Quasar, d.h. eine Galaxie, die gerade entsteht und in die massiv Gas einströmt, was den Quasar füttert. Der Quasar UM287 liegt bei einer Rotverschiebung von 2,7, d.h. das Weltall war zu dieser Zeit erst 3,3 Milliarden Jahre alt. Das ist nicht die Situation im heutigen Universum. Eine Mengenangabe des Anteils an primordialem Gas relativ zu gebundenem steht in dem Artikel auch nicht drin.

    Wenn 99% des Gases noch im freien Universum herumschweben würde, wäre es unschwer zu übersehen: wenn man durch das Gas hindurch ferne Quasare beobachtet, würde man Absorptionslinien mit anderer Rotverschiebung als die des Quasars sehen. Solche Fälle gibt es tatsächlich, aber sie sind hinreichend selten, weil eben sehr wenig Gas noch zwischen den Galaxien herum treibt.

    Da sich die Filamente unter ihrer Schwerkraft zusammen zogen, wurde das Gas mitgezogen. Einen nennenswerten Druck kann das eiskalte, dünne Gas nicht aufbringen, das spielt erst eine Rolle, wenn es sich zu Sternen verdichtet oder (etwa als Supernova-Rest) Millionen K heiß ist (und so aus Galaxien herausgetrieben wird).

    Ich nehme an, dass Du den Spekturm-Artikel falsch erinnerst. Wie Captain E. sagt, 99% der Materie (eher 90%) befinden sich in den Filamenten, der Rest in den Voids, aber fast komplett in Form von Sternen, nicht las loses Gas.

  11. #11 Captain E.
    18. Februar 2018

    @Alderamin:

    Nun ja, Prozentwerte hatte ich wohlweislich weggelassen. Ich wollte nur dem Eindruck entgegentreten, den Artur 57 möglicherweise gehabt hat, dass nämlich die Filamente aus freiem Gas bestehen und sich die Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen irgendwie dazwischen verteilen. Die Ausmaße sind aber eben ganz andere.

    Apropos Sternentstehung: Ich erinnere mich daran (und es steht auch in deinem Kommentar), dass eine Gaswolke kollabieren muss, was voraussetzt, dass sie eiskalt ist. Um so tief abzukühlen wie notwendig, muss sie die in ihr enthaltene Energie abstrahlen. Am besten geht das mithilfe von Molekülen. Diese Moleküle dürften sich in den entstehenden Sterne auflösen, sobald das Gas sich soweit erhitzt, dass es zum Plasma wird. Bei der Trennung der Atomkerne von den Elektronen kann es ja keine chemischen Bindungen mehr geben.

    Wie konnten sich aber die Population-III-Sterne bilden? Die Gaswolken bestanden damals nur aus Helium und (mehr als doppelt soviel) Wasserstoff. Klappte das damals mit dem Kollaps ohne Abkühlung?

  12. #12 Captain E.
    19. Februar 2018

    @Artur57:

    Da erinnere ich mich an einen Spektrum-Artikel, in dem vermutet wurde, dass sich noch 99 Prozent des universalen Wasserstoffs in “Filamenten” befindet und somit noch als Rohmaterial für neue Sterne bereit steht. Das kann man allerdings nicht genau sagen, weil die Filamente großenteils unsichtbar sind, sie leuchten ja nicht.

    Reden wir wirklich über dasselbe? Die Filamente, die ich meine, bestehen aus Galaxienhaufen, und die kann man natürlich sehen – im Prinzip jedenfalls. Es gilt natürlich: So wie wir die Milchstraße vor lauter Sternen nicht (richtig) sehen können, so können wir unser Filament (also das, von dem wir ein winziger Teil sind) vor lauter Galaxienhaufen nicht erkennen.

    Das mit Sirius ist natürlich ein Argument. Aber ob beide, Sirius A UND B, wirklich aus demselben Material gebaut sind, ist doch etwas fraglich. Aus Wikipedia:

    “Nach mehrjährigen Positionsmessungen, aus denen sich auch die Abstände der beiden Sterne vom gemeinsamen Schwerpunkt und damit ihr Massenverhältnis ergaben, stellte Otto von Struve 1866 fest, dass der Begleiter etwa halb so schwer war wie Sirius selbst. Bei gleichem Aufbau wie Sirius hätte der Begleiter damit immerhin 80 % von dessen Durchmesser und deshalb eine nur wenig geringere Helligkeit haben müssen. Weil der Begleiter aber nur die achte Größenklasse erreichte, also 10.000-mal leuchtschwächer als Sirius war, schloss Struve, „dass die beiden Körper von sehr unterschiedlicher physischer Beschaffenheit sind“.

    Wie Alderamin schon gesagt hat: Sirius B ist heute ein Weißer Zwerg und besteht aus einer dermaßen verdichteten Materie (aber immer noch Wasserstoff- und Heliumkerne), dass er eine Kugel ist mit dem Volumen der Erde und der Masse der Sonne. Ich wollte aber auf folgendes hinaus: Da Sirius A und B sich heute umkreisen, besteht die plausible Annahme, dass sie das schon immer gemacht haben. Also sind die beiden Sterne vor ca. 240 Millionen Jahren zusammen aus derselben Gaswolke heraus entstanden. Das heißt aber, dass die Zusammensetzung von Sirius A und Sirius B dieselbe gewesen sein muss. Trotzdem ist Sirius A zu einem Stern von maximal 2 Sonnenmassen geworden, Sirius B dagegen von geschätzt 5 Sonnenmassen. Die hohe Metallizität und vielleicht auch die geringe Größe der Gaswolke haben verhindert, dass die beiden Sterne größer geworden sind, so wie die Riesen der Population III mit hunderten oder tausenden an Sonnenmassen. Die Zusammensetzung der Gaswolke hat aber eben die beobachtete Schwankungsbreite erlaubt, so dass Sirius A, womöglich nach Aufnahme eines Teils der Hülle von Sirius B, nun zwei Sonnenmassen schwer und 240 Mio. Jahre alt ist und in ca. 1 Mrd. Jahren zum Roten Riesen werden wird, während Sirius B dieses Stadium bereits vor 140 Mio. Jahren erreicht hat und nun nur noch ein Weißer Zwerg ist, der 80% seiner ursprünglichen Masse verloren hat. Wie gesagt: Sirius B war vermutlich einmal ein Stern mit 5 Sonnenmassen.

  13. #13 Alderamin
    19. Februar 2018

    @Captain E.

    Wie konnten sich aber die Population-III-Sterne bilden? Die Gaswolken bestanden damals nur aus Helium und (mehr als doppelt soviel) Wasserstoff. Klappte das damals mit dem Kollaps ohne Abkühlung?

    Wasserstoff bildet doch auch Moleküle (das Weltall wurde von den ersten Population-III-Sternen ja erst wieder re-ionisiert), die schwingen können (Rotation, translatorisch), die können auch Wärme abstrahlen, wenn auch vielleicht nicht so effektiv wie in den heutigen Dunkelwolken, die zusätzlich noch Einstrahlung von außen abschirmen.

    Dafür gab es viel mehr Gas, das unter seiner Eigengravitation kollabieren konnte. Und da das Gas so rein war, schafften die entstehenden Sterne auch nicht, das Gas so effektiv aufzuheizen und wegzublasen, wie das heute der Fall ist, deshalb konnten die Population-III-Sterne so massiv werden. Ich denke aber nicht, dass nicht auch kleinere entstanden sind, wo halt weniger Gas langsamer kollabierte.

  14. #14 Alderamin
    19. Februar 2018

    @Captain E.

    So wie wir die Milch‌straße vor lauter Sternen nicht (richtig) sehen können, so können wir unser Fi‌lament (also das, von dem wir ein winziger Teil sind) vor lauter Galaxi‌enhaufen nicht erkennen.

    Ne‌e, so extrem dicht stehen die Gala‌xien nicht, es ist eher umgekehrt, vor lauter Gala‌xien sieht man die Fi‌lamente nicht. Auf dem Hu‌bble-Deep-Field sieht man beispielsweise praktisch kaum einen Stern, nur Ga‌laxien, aber eine Stru‌ktur ist nicht zu erkennen, weil die Gal‌axien sich in verschiedensten Entfer‌nungen befinden. Erst, wenn man die R‌otvers‌chiebung misst und die Gala‌xien gemäß ihrer Entfe‌rnung aufträgt, wie das beim Sl‌oane Di‌gital Sky Surv‌ey passiert, sieht man die Filam‌entstruktur.

    In den Fila‌menten findet man außerdem viel dunkle Materie, wenn man ihre Gravi‌tationswir‌kung auf Hint‌ergrundgala‌xien vermisst (macht man heute mit Com‌putern). Die größten Gala‌xien finden sich übrigens da, wo sich zwei oder drei Filam‌ente treffen. Lo‌gisch, da floss das meiste Mate‌rial hin.

  15. #15 Captain E.
    19. Februar 2018

    @Alderamin:

    Also, die Kühlung funktionierte bereits, und was die (im Vergleich zu späteren Dunkelwolken mit schwereren und komplexeren Molekülen) schlechtere Kühlung durch den molekularen Wasserstoff nicht geschafft hat, haben die frühen Wolken durch ihre schiere Masse wettgemacht.

    Ich frage mich, wo damals wohl die Grenzen gelegen haben, aber das tun die Astronomen wohl auch noch.

    Die kleinsten Objekte, die man noch Sterne nennen kann, haben 0,08 Sonnenmassen. So ein winziger Roter Zwerg der Population III würde heute noch existieren, ließe sich aber wegen seiner geringen Leuchtkraft nicht beobachten, aber selbst Sterne, die nur etwas leichter sind als unsere Sonne, könnte es heute noch geben, kurz vor ihrer Umwandlung in einen Weißen Zwerg. Aber vielleicht konnten so kleine Sterne damals gar nicht entstehen.

    Umgekehrt hatte ich diese Frage wohl schon vor ein paar Jahren gestellt gehabt: Konnte im Zeitalter der Population-III-Sterne soviel Masse kollabieren, dass sich ein Schwarzes Loch bilden konnte, bevor die Kernfusion richtig eingesetzt hat? Das würde zumindest die Herkunft der Supermassiven Schwarzen Löcher erklären. Oder anders ausgedrückt: Wenn die Masse eines Sterns seine “Lebensdauer” bestimmt, in der er in seinem Kern Fusion betreibt, wie groß müsste die Masse werden, damit die Lebensdauer Null beträgt? (Wahrscheinlich würde der Sonnenwind vorher die Restwolke auseinander treiben, aber ich spekuliere gerade darüber, dass dermaßen viel Materie kollabiert, dass die Kernfusion gar nicht erst einsetzen kann.)

  16. #16 Alderamin
    19. Februar 2018

    @Captain E.

    winziger Roter Zwerg der Population III würde heute noch existieren, ließe sich aber wegen seiner geringen Leuchtkraft nicht beobachten,

    Vor allem sind Rote Zwerge tief konvektiv, d.h. die im inneren erbrüteten Elemente quellen nach oben, und dann ist es dahin mit der Reinheit des Wasserstoffs. Die Sonne hat hingegen eine Zone, in der Wärme nur durch Strahlung nach außen transportiert wird, d.h. ihre erbrüteten Elemente bleiben im Inneren gefangen.

    Vielleicht gibt’s sehr metallarme alte K-Sterne, keine Ahnung, ob nach denen gesucht wurde.

    Umgekehrt hatte ich diese Frage wohl schon vor ein paar Jahren gestellt gehabt: Konnte im Zeitalter der Population-III-Sterne soviel Masse kollabieren, dass sich ein Schwarzes Loch bilden konnte, bevor die Kernfusion richtig eingesetzt hat? Das würde zumindest die Herkunft der Supermassiven Schwarzen Löcher erklären

    Das ist eine von drei Theorien zur Entstehung der supermassiven schwarzen Löcher, und, so viel ich weiß, sogar die plausibelste. Daneben gibt’s noch die Möglichkeit, dass sich viele stellare schwarze Löcher vereinigt haben oder durch das Verschmelzen von kleineren supermassiven schwarzen Löchern aus verschluckten Zwerggalaxien. Kann auch sein, dass mehrere oder alle Mechanismen gemeinsam ihren Teil beigetragen haben.

    Das Problem beim direkten Wachsen supermassiver schwarzer Löcher ist, dass deren Strahlung aus der Akkretionsscheibe den Einfall von Material bremst und verzögert (Eddington-Limit), so dass sie eigentlich nicht schnell genug wachsen konnten, aber man hat wohl auch schwarze Löcher gefunden, die das Eddington Limit irgendwie ausgetrickst haben (die Details habe ich gerade nicht parat, Abschirmung, der schiere Einfall von viel Masse, weiß nicht mehr genau).

  17. #17 Captain E.
    19. Februar 2018

    @Alderamin:

    Ne‌e, so extrem dicht stehen die Gala‌xien nicht, es ist eher umgekehrt, vor lauter Gala‌xien sieht man die Fi‌lamente nicht. Auf dem Hu‌bble-Deep-Field sieht man beispielsweise praktisch kaum einen Stern, nur Ga‌laxien, aber eine Stru‌ktur ist nicht zu erkennen, weil die Gal‌axien sich in verschiedensten Entfer‌nungen befinden. Erst, wenn man die R‌otvers‌chiebung misst und die Gala‌xien gemäß ihrer Entfe‌rnung aufträgt, wie das beim Sl‌oane Di‌gital Sky Surv‌ey passiert, sieht man die Filam‌entstruktur.

    In den Fila‌menten findet man außerdem viel dunkle Materie, wenn man ihre Gravi‌tationswir‌kung auf Hint‌ergrundgala‌xien vermisst (macht man heute mit Com‌putern). Die größten Gala‌xien finden sich übrigens da, wo sich zwei oder drei Filam‌ente treffen. Lo‌gisch, da floss das meiste Mate‌rial hin.

    Einer von uns beiden hat gerade einen Knick in der Optik. Ich sehe nämlich keinen Unterschied zwischen deiner und meiner Formulierung. Unsere (gemeinsame?) Position ist doch diese: Weil wir Teil eines Filaments sind, sehen wir nur seine Komponenten, also die Galaxienhaufen und teils auch Galaxien und Sterne in der Milchstraße, aber eben nicht das Filament als ganzes. Oder nur ganz, ganz schwer.

    Übrigens: Du vermagst auch noch nicht so ganz an eine Renaissance von MOND zu glauben, oder? 😉

    Dieser Hypothese zufolge soll es schließlich gar keine Dunkle Materie geben.

  18. #18 Alderamin
    19. Februar 2018

    @Captain

    Hab’s wohl falsch gelesen, sorry.

    @MOND: nur wegen Oliver Müllers Paper? Nö, MOND erklärt ja vieles überhaupt nicht (Nukleogenese, for instance). Mag ja sein, dass er mit der Häufigkeit der Zwerggalaxien einen Punkt hat, mag aber auch sein, dass es eine andere Erklärung dafür gibt (hab’ schon gelesen, Centaurus A könnte ein Spezialfall sein, und dann gab’s noch die Aussage, dass es Illustris an der Berücksichtigung von Supernovae mangele, was zu viele Zwerggalaxien produziere – er hätte dann halt gefunden, dass die Simulation nicht gut genug war). Wenn die Mehrheit der Astronomen auf MOND umschwenkt, dann tue ich es auch – bin Laie genug, um mir da kein eigenes Urteil gegen den Strom bilden zu wollen.

  19. #19 Captain E.
    19. Februar 2018

    @Alderamin:

    Vor allem sind Rote Zwerge tief konvektiv, d.h. die im inneren erbrüteten Elemente quellen nach oben, und dann ist es dahin mit der Reinheit des Wasserstoffs. Die Sonne hat hingegen eine Zone, in der Wärme nur durch Strahlung nach außen transportiert wird, d.h. ihre erbrüteten Elemente bleiben im Inneren gefangen.

    Vielleicht gibt’s sehr metallarme alte K-Sterne, keine Ahnung, ob nach denen gesucht wurde.

    Also anders gesagt: Hätte man einen dermaßen alten Roten Zwerg beobachtet, könnte man ihn gar nicht als Vertreter der Population III erkennen. Und selbst Sterne von der Masse der Sonne wären mittlerweile Weiße Zwerge. Wenn es da draußen noch einen Stern aus dieser Zeit gibt, muss er also ein wenig leichter sein als eine Sonnenmasse.

    Da wäre es auch blöd, wenn damals nichts entstanden wäre, was leichter als vielleicht fünf oder zehn Sonnenmassen gewesen wäre.

    Das ist eine von drei Theorien zur Entstehung der supermassiven schwarzen Löcher, und, so viel ich weiß, sogar die plausibelste. Daneben gibt’s noch die Möglichkeit, dass sich viele stellare schwarze Löcher vereinigt haben oder durch das Verschmelzen von kleineren supermassiven schwarzen Löchern aus verschluckten Zwerggalaxien. Kann auch sein, dass mehrere oder alle Mechanismen gemeinsam ihren Teil beigetragen haben.

    Ach, doch? Ich meine mich erinnern zu können, dass die Antwort auf meine Frage von vor ein paar Jahren anders ausgefallen war.

    Es gibt jetzt wohl mittlerweile eine plausible Erklärung, wieso es in (fast?) jeder Galaxie ein mehr oder weniger großes supermassives Schwarzes Loch gibt, oder? Die Zentren der riesigen kollabierenden Gaswolken bilden supermassive Schwarze Löcher, die dann wiederum das umliegende Gas dazu bringen, Sterne zu produzieren. So gesehen könnte man vielleicht die supermassiven Schwarzen Löcher als Population-IV-Sterne bezeichnen, auch wenn es extrem pathologische Fälle gewesen sein dürften. Aber womöglich (wahrscheinlich?) hätte es ohne die supermassiven Schwarzen Löcher keine Population-III-Sterne gegeben.

    Das Problem beim direkten Wachsen supermassiver schwarzer Löcher ist, dass deren Strahlung aus der Akkretionsscheibe den Einfall von Material bremst und verzögert (Eddington-Limit), so dass sie eigentlich nicht schnell genug wachsen konnten, aber man hat wohl auch schwarze Löcher gefunden, die das Eddington Limit irgendwie ausgetrickst haben (die Details habe ich gerade nicht parat, Abschirmung, der schiere Einfall von viel Masse, weiß nicht mehr genau).

    “Schiere Masse” hört sich zumindest gut an. Das Universum legt irgendwie bei den Größenordnungen doch immer noch eine Schippe drauf. :-)

  20. #20 Captain E.
    19. Februar 2018

    @Alderamin:

    @MOND: nur wegen Oliver Müllers Paper? Nö, MOND erklärt ja vieles überhaupt nicht (Nukleogenese, for instance). Mag ja sein, dass er mit der Häufigkeit der Zwerggalaxien einen Punkt hat, mag aber auch sein, dass es eine andere Erklärung dafür gibt (hab’ schon gelesen, Centaurus A könnte ein Spezialfall sein, und dann gab’s noch die Aussage, dass es Illustris an der Berücksichtigung von Supernovae mangele, was zu viele Zwerggalaxien produziere – er hätte dann halt gefunden, dass die Simulation nicht gut genug war). Wenn die Mehrheit der Astronomen auf MOND umschwenkt, dann tue ich es auch – bin Laie genug, um mir da kein eigenes Urteil gegen den Strom bilden zu wollen.

    Tja, der Mann scheint zuletzt recht fleißig gewesen zu sein, und hier hat er ja auch kräftig für seine Sicht der Dinge getrommelt. Ich halte es da aber lieber mit dem alten Sokrates: “Ich weiß, dass ich nicht weiß.” Wenn die neuesten Beobachtungen MOND besser belegen als früher und die Berechnungen nach MOND gut genug werden, dass es die Fachwelt überzeugt, dann soll es für mich auch gut genug sein. Bis es soweit ist, sehe ich nur einen Wissenschaftler, der sich gerade verrennt. Das ist nicht schön, kommt aber gelegentlich vor. Selbst einem Albert Einstein ist so etwas ja schon widerfahren, nicht wahr?

  21. #21 norbert
    26. Februar 2018

    Ich habe mal eine Rechnung gemacht, vieleicht liege ich auch falsch, da ich die Zahlen dazu ohne viel Überprüfung aus dem Internet gefischt habe.
    Fakten
    1 Wasserstoffatom pro m³ im Leerraum
    2.500.000 Lj Entfernung zu Andromeda(näheste Galaxie)
    Kugelvolumen aus obigem Abstand berechnen in m³ ergibt 6,92791E+66 m³
    Wasserstoff hat 6,02E+26 Atome/kg
    In der Kugel wären also ca 1,15E+40 kg Wasserstoff
    Masse unserer Milchstrasse liegt bei 400 Milliarden Sonnenmassen, mit den Zahlen aus Wikipedia komme ich dabei auf 1,99E+30 kg.

    Das sind Faktor 10^10 Differenz ungefähr. 1% sind 10^2 Differenz. Selbst wenn ich viel Fehler drin habe, sind also 1% benutzte Masse bei 99% noch frei rumschwirrender Masse denkbar. Weil die Größe des Universums so gigantisch geworden ist, das eine Sonnensystemkugel kaum mehr die Masse für einen kleinen Asteroiden hat, wenn man diese Wasserstoffmenge von 1 Atom/m³ zugrunde legt.

    Aber wie gesagt: nur schnell grob berechnet anhand eines Kugelvolumens aus Abstand Milchstrasse – Andromeda ohne das Volumen der Milchstrasse selbst rauszurechnen. Das macht allerdings auch nur 2,5% des Durchmessers aus und damit 0,0064 % Volumenfehler. Daher vernachlässigbar (Milchstrasse als Kugel berechnet, wobei die eigentlich weniger Volumen hat)

    Ich glaube wir Menschen können sowas einfach nicht im Kopf überschlagen, aber wenn ich es durchrechne finde ich die 99% mehr als realistisch.

    Oder liege ich völlig falsch mit den Zahlen?

  22. #22 Alderamin
    26. Februar 2018

    @norbert

    1 Wasserstoffatom pro m³ im Leerraum

    Wo? Im Sonnensystem?

    Ich finde auf Wikipedia 10^6 Teilchen pro Kubikkilometer (10^9 m³) als Durchschnitt innerhalb der Milchstraße. Das ist ein Teilchen auf 1000 m³. Der Raum zwischen den Galaxien ist mit Sicherheit noch dünner besetzt und dürfte räumlich stark variieren. So einfach kann man nicht rechnen.

  23. #23 PDP10
    26. Februar 2018

    @Alderamin:

    Äh … in deinem Link steht: “Im Durchschnitt beträgt sie etwa 10^6 Teilchen pro Kubikmeter

  24. #24 Alderamin
    26. Februar 2018

    @PDP10, norbert

    Öh, stimmt, ‘tschuldigung, hatte wirklich Kilometer gelesen… dann macht’s mehr Sinn, aber 10^6 pro Kubikmeter klang ein wenig viel gegenüber dem, was mir bekannt erschien. Vielleicht hatte ich Dichten in cm³ im Hinterkopf.

    1 Proton pro Kubikmeter im intergalaktischen Raum ist aber trotzdem noch zu viel, hier steht, dass die dunkle Materie mit 1 Protonenmasse pro Kubikmeter gerechnet werde, das ist aber der Mittelwert über alles, DM in Galaxien, wo sie konzentriert ist, und im Leerraum summiert, und die ist bekanntlich 5mal häufiger als sichtbare Materie, die wiederum noch stärker in Galaxien gebunden ist.

  25. #25 norbert
    27. Februar 2018

    naja, selbst wenn wir es um den Faktor 5 reduzieren, kommen wir noch auf 10E+5. 99% hört sich so viel an, ist aber eigentlich wenig, wenn man so große Zahlen vor sich hat. Wenn wir mit 10E+66 operieren sind 10E+2 wenig.

    Und nachdem ich dieses Berechnung mal ne Nacht habe wirken lassen, ist es um so faszinierender wie sich Galaxien gebildet haben und wie sie sich heute noch bilden. Oder wenn man sieht, das ein explodierender Stern heller leuchtet als eine Galaxie, man sich aber gleichzeitig vorstellt, wieviel Brennstoff insgesamt noch vorhanden ist.

    Bei dunkler Materie würde ich sehr vorsichtig sein mit Schlussfolgerungen. Wir wissen von ihr nur 2 Dinge: von den 4 fundamentalen Kräften können wir eine sicher erkennen(die Gravitation) und eine vermutlich ausschliessen(elektromagnetische Wechselwirkung). Die zwei anderen können wir noch nicht mal ansatzweise beweisen oder aberkennen. Aber da wir bei einer der 4 fundamentalen Kräften scheinbare Abweichung haben, würde ich alles was dunkle Materie und sichtbare Materie vergleicht erstmal als zu spekulativ ablehnen.

  26. #26 Bullet
    27. Februar 2018

    Äh, Norbert, wait:

    Masse unserer Milchstrasse liegt bei 400 Milliarden Sonnenmassen, mit den Zahlen aus Wikipedia komme ich dabei auf 1,99E+30 kg.

    2*10^30 kg ist die Masse einer, nämlich unserer Sonne. Die Masse der Milchstraße wäre demzufolge etwa 8*10^41 kg – und liegt damit beim Zehnfachen deiner Wasserstoffkugel, wenn deine anderen Zahlen stimmen.

    Bei dunkler Materie würde ich sehr vorsichtig sein mit Schlussfolgerungen. Wir wissen von ihr nur 2 Dinge: von den 4 fundamentalen Kräften können wir eine sicher erkennen(die Gravitation) und eine vermutlich ausschliessen(elektromagnetische Wechselwirkung). Die zwei anderen können wir noch nicht mal ansatzweise beweisen oder aberkennen.

    Äh, nö.
    Eine Kraft sicher (Gravitation) – check.
    Eine vermutlich ausschließen (Elektromagnetismus) – näh. “Sicher ausschließen” muß das heißen. Denn ansonsten könnte man sie sehen.
    Die zwei anderen (starke/schwache Wechselwirkung) – auch näh. Starke Wechselwirkung ist derart short-range, daß selbst bei großzügigster Anwendung wohlwollender Statistik keine Interaktionen zwischen Teilchen stattfinden, bei denen die Starke Wechselwirkung beteiligt ist. Im Zentrum von Sternen (wo die Teilchendichte geringfügig höher als im intergalaktischen Leerraum ist), sind Ereignisse, bei denen die StW zum Tragen kommt, relativ selten. Zusätzlich wird das Ergebnis einer solchen Interaktion mit haufenweise Gegröle aus dem elektromagnetischen Lager kommentiert. Die fällt also auch aus.
    Einzig die schwache Wechselwirkung mag ich jetzt ohne genaueres Studium der Wikiwiki nicht ebenso stark (haha) ausschließen.

  27. #27 Captain E.
    27. Februar 2018

    @Bullet:

    Tja, am Ende ist die Gravitation womöglich nur eine Scheinwechselwirkung, und das würde vermutlich sowohl erklären, wieso man bislang keine Austauschteilchen gefunden, als auch die erstaunliche Tatsache, dass Gravitation so attraktiv ist. Nun gut, Scherz beiseite: Gravitation wirkt immer nur anziehend (=attraktiv), aber niemals abstoßend. Das ist ja schon komisch. Und da kursiert wohl gerade so eine Hypothese, die die Dunkle Materie gleich mit abräumen würde, sollte sie tatsächlich eine gute Beschreibung der Realität darstellen. Soweit sind wir aber noch lange nicht.

    Fakt ist aber, dass Teilchen mit den passenden Eigenschaften für Dunkle Materie der Gravitation unterliegen, denn mit einer (Ruhe-) Masse Null könnten sie nicht auf die baryonische Materie einwirken, wie sie es tun müsste. Was immer auch Gravitation ist und warum immer sie auch den Raum krümmt, sie tut es einerseits extrem schwach und andererseits extrem weit.

    Andererseits müsste die schwache Wechselwirkung für diese Teilchen wirken, siehe die von mir immer wieder gern genannten Neutrinos. Die schwache Wechselwirkung hat einen gewissen Einfluss trotz ihrer Eigenschaften, die geringe Stärke mit extrem kurzer Reichweite kombiniert. Ist das nicht sogar so, dass der Nachweis von Neutrinos nur deshalb gelingt, weil in extrem seltenen Fällen so ein Teilchen schwach mit baryonischer Materie wechselwirkt und zur Entstehung kurzlebiger Teilchen führt, die man dann detektieren kann? Die Rotationskurven von Galaxien kann nicht-baryonische Materie aber so natürlich nicht beeinflussen.

  28. #28 norbert
    27. Februar 2018

    ok, habs nochmal neu in Excel durchgerechnet

    1,99E+30…….Sonnemasse Kg
    4,0E+11………Sonnenmassen in Milchstrasse
    7,96E+41…….Masse Milchstrasse kg
    9,4608E+12…1 Lichtjahr in m
    2,3652E+19…Kugeldurchmesser in m bei 2.500.000lj
    1,1826E+19…Radius Milchstrassenkugel
    6,92791E+57..Volumen Milchstrassenkugel m³
    6,02E+26…….Atome Wasserstoff pro kg
    1,15E+31 kg…Wasserstoff

    Da war ich wohl etwas schnell mit dem tippen in Excel gestern und hab irgendwo eine Formel falsch eingegeben. Es stimmt, das ich mich da wohl völlig vergeigt habe, was die Massen angeht.

    Ich hoffe das obige Ergebnisse nun korrekt sind. Damit sind es dann doch deutlich weniger Wasserstoff im Galaxienhaufen. Letztendlich nur noch 10 Sonnenmassen und eigentlich müsste ich 50% davon der Andromedagalaxie zurechnen.

    Sorry

    Bzgl der dunklen Materie wurde in dem Vortrag eben nur die gravitative Wirkung als bewiesen angesehen. Die fehlende Wechselwirkung mit Licht eben noch nicht, auch wenn man stark davon ausgeht. Tue ich auch, aber was ich glaube oder nicht glaube ist letztendlich egal.

  29. #29 Bullet
    27. Februar 2018

    @Norbert: kein Problem. Verrechnen kann man sich mal. Das passiert nun wirklich jedem. Es fällt dann auf, wenn man bestimmte Zahlen aus dem FF (nein, nicht Florian) kennt. Und ich bin eben über die 2*10E +30 kg gestolpert, bei der ich wußte, daß das eine Sonnenmasse ist.

  30. #30 Alderamin
    27. Februar 2018

    @Captain E.

    Gravitation wirkt immer nur anziehend (=attraktiv), aber niemals abstoßend

    So allgemein kann man das nicht sagen. Die ART lässt auch abstoßende Gravitation zu. Die kann von negativem Druck ausgeübt werden. Was das sein soll? Z.B. die Ursache für die kosmische Inflation und wohlmöglich die Dunkle Energie.

  31. #31 Captain E.
    27. Februar 2018

    @Alderamin:

    Vielleicht, aber die ART (oder war es die SRT?) lässt auch Teilchen zu, die sich niemals langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können. Sind die nun real oder nur eine Lösung einer mathematischen Gleichung, die keinen Gegenpart in der Realität hat? Und dasselbe gilt auch für die abstoßende Gravitation.Man weiß einfach immer noch zu wenig über Gravitation.

  32. #32 Alderamin
    27. Februar 2018

    @Captain E.

    Nee, in dem Fall ist das eine zwingende Folgerung aus den Gleichungen der ART und dem Energie-Impuls-Tensor, der auch Komponenten für Druck und Scherung enthält (weswegen er im Englischen Stress-Energy-Tensor heißt), das ist was anderes als hypothetische Tachyonen. Das hindert unser Weltall konkret am Kollaps (hab’ leider gerade nicht die Zeit, es länger auszuführen).

  33. #33 Captain E.
    28. Februar 2018

    @Alderamin:

    Das ist natürlich schön für uns, dass irgendetwas unser Weltall konkret am Kollaps hindert. Aber ist dieses “irgendetwas” damit auch tatsächlich eine abstoßende Form der Gravitation?

  34. #34 Alderamin
    28. Februar 2018

    @Captain E.

    Gravitation ist gemäß ART nichts anderes als eine Scheinkraft verursacht durch die Raumkrümmung, bzw. wie Geodäten in der Raumzeit aufeinander zu oder voneinander weg laufen. Eine Masse krümmt den Raum derart, dass Geodäten sich in Richtung der Masse einander annähern, so dass eine positive Raumkrümmung entsteht, innerhalb der die Zeit langsamer vergeht. Genau deswegen “will” Masse im Schwerefeld da hin. Die ART lässt aber genauso zu, dass eine negative Raumkrümmung entsteht, die genau den gegenteiligen Effekt hat. Masse kann das nicht leisten, die erzeugt immer positive Raumkrümmung (es sei denn, sie wäre negativ, aber so was gibt’s ja höchstvermutlich nicht).

    Aber nicht nur Masse wirkt sich auf die Raumkrümmung aus. Die Raumkrümmung wird laut ART durch den Energie-Impuls-Tensor bestimmt, in dem die Masse-Energie (Massenäquivalent der Energie) nur ein Eintrag oben links ist. Es gibt auch Einträge für Druck und Scherspannung, sowie Impulsströmungen. Wenn beispielsweise ein Stern unter seinem Eigendruck komprimiert wird, dann wirkt der Druck zusätzlich zur Masse auf die Raumkrümmung und verstärkt sie, was einen entscheidenden Beitrag bei der Entstehung eines schwarzen Lochs leistet.

    Druck kann im Gegensatz zur Masse aber negativ sein und somit auch negative Raumkrümmung verursachen. Eine kosmologische Konstante führt nach der ART ganz zwangsläufig zu einem negativen Druck, der eine negative Raumkrümmung verursacht. Die Wirkung ist eine abstoßende Gravitation. So funktioniert die Dunkle Energie (auch wenn der Mechanismus, der den negativen Druck verursacht, noch völlig unklar ist)

    Ich merke, dass ich noch nicht ganz firm in der Erklärung bin, hab’s wohl selbst noch nicht vollkommen verstanden (habe da was drüber gelesen, muss das nochmal verinnerlichen; Martin Bäker hat auch eine Serie in seinem Blog dazu gemacht).

    Siehe auch hier und eine Herleitung, wie der eine Vakuumenergiedichte ρ zu einem negativen Druck P führt. Ja, ist schweres Zeug, aber ich möchte nur rüberbringen, dass diese Zusammenhänge zwangsmäßig mit der ART gelten.

  35. #35 Captain E.
    28. Februar 2018

    @Alderamin:

    Ich Idiot musste ja unbedingt fragen! Da ist es wohl mal wieder an der Zeit, meine Klage anzustimmen: Wir wissen immer noch viel zu wenig darüber, was Gravitation (oder auch der Raum) eigentlich ist.

    Für wie wahrscheinlich hältst du es, dass die Gravitation am Ende doch keiner der legendären vier Grundkräfte ist? Womöglich setzt sie sich doch aus den anderen drei zusammen oder sie ist nur sichtbare Folge einer noch viel exotischeren Grundkraft, die wir wahrscheinlich nicht nur auch im Ansatz verstanden haben.

    Wenn man es mal so überlegt, ist es schon verdächtig, dass es keinen messbaren Unterschied zwischen der Beschleunigung durch eine Masse und der durch irgendetwas anderes (z.B. Rakete) gibt. Oder dass man keinerlei Schweregefühl verspürt, wenn man einer Geodäten folgt, sondern nur, wenn man von einer solchen abweicht.

  36. #36 Bullet
    28. Februar 2018

    Ich Idiot musste ja unbedingt fragen!

    *kicher*

  37. #37 Captain E.
    28. Februar 2018

    @Bullet:

    Wenn du nun noch “Banana!” oder so etwas ähnliches von dir gegeben hattest, käme ein uns bekannter älterer Herr endgültig auf die Idee, du wärest (m)ein “Minion”. 😉

  38. #38 Alderamin
    28. Februar 2018

    @Captain E.

    Für wie wahrscheinlich hältst du es, dass die Gravitation am Ende doch keiner der legendären vier Grundkräfte ist?

    Das ist sie doch definitionsgemäß schon. Oder meinst Du, dass sie durch Gravitonen vermittelt wird und sich mit den anderen Grundkräften vereinheitlichen lässt? Ich glaube, dass wüssten die Physiker selbst gerne, und da kann man keine Wahrscheinlichkeit für benennen. Es ist aber grundsätzlich möglich, die Gravitation auf Quantenbasis zu formulieren, als gequantelte Raumkrümmungen, die sich in einem Überlagerungszustand befinden. Das ist die Idee der Quantengravitation. Nut hat die noch keiner ausformuliert.

    Womöglich setzt sie sich doch aus den anderen drei zusammen oder sie ist nur sichtbare Folge einer noch viel exotischeren Grundkraft, die wir wahrscheinlich nicht nur auch im Ansatz verstanden haben.

    Die ART beschreibt sie für den Hausgebrauch schon ganz gut, mit der Ausnahme von Singularitäten. Da würde eine Quantelung echt helfen. Die Große Vereinheitlichung aller Kräfte wäre dann in etwa sowas, wie Du meinst, denke ich.

  39. #39 Captain E.
    28. Februar 2018

    @Alderamin:

    Das wusste ich nicht, dass die Gravitonen schon (fast) vom Tisch sind. Ich hatte noch die Vorstellung im Hinterkopf, dass sich die Gravitation bereits bei dermaßen hohen Energien von den anderen drei getrennt hat, dass es praktisch unmöglich sein müsse, irgendetwas zu vereinheitlichen. Elektromagnetismus und Schwache Kernkraft sind ja eines, wenn es nur heiß genug wird, aber die Starke Kernkraft und vor allem eben die Gravitation passen bislang noch nicht mit den beiden zusammen.

    Obwohl es natürlich auch sein kann, dass die fertig entwickelte Quantengravitation nur eine andere Seite derselben Medaille sein wird.

  40. #40 Alderamin
    28. Februar 2018

    @Captain E.

    Das wusste ich nicht, dass die Gravitonen schon (fast) vom Tisch sind.

    Das sind sie ja auch nicht, bei einer Quantengravitation wären sie ja die Quanten der Gravitation 😉 und ihr Austauschteilchen, so wie das Photon das Quant und Austauschteilchen des Elektromagnetismus ist. Aber da stecke ich wirklich nicht tief genug drin, am besten Martin in seinem Blog fragen.

  41. #41 stone1
    1. März 2018

    @Captain E.

    Und da kursiert wohl gerade so eine Hypothese, die die Dunkle Materie gleich mit abräumen würde, sollte sie tatsächlich eine gute Beschreibung der Realität darstellen.

    Welche Hypothese war das noch mal genau? Dabei war ich gerade erst dabei, mich an die Vorstellung von SIMPs zu gewöhnen.

  42. #42 Captain E.
    1. März 2018

    @stone1:

    Da müsste ich noch einmal nachschauen, aber im Grunde ist es wohl so eine Art MOND-Klon. Die Dunkle Energie, von der wir zurzeit ja noch weniger wissen als als von der Dunklen Materie, soll es allerdings trotzdem geben und die erschiene dann für einen Beobachter als Dunkle Materie.

    Ob das wohl der richtige Weg ist?

  43. #43 stone1
    1. März 2018

    @Captain E.

    Oha, naja da verschiebt man dann die Bezeichnungen, und bei MOND o.ä. bin ich vorläufig ziemlich skeptisch, Gründe hierfür wurden ja auch hier in den Kommentaren erwähnt. Obwohl es natürlich schon cool wäre, wenn man eines Tages sagen könnte, Oliver Müller hat sie hier auf Astrodicticum Simplex bei einem Schreibwettbewerb veröffentlicht, und die MOND trifft tatsächlich zu.
    Aber das sehe ich vom heutigen Standpunkt aus zwar eher nicht kommen, aber wer weiß.

    (m)ein “Minion”

    Na, noch ein wenig K.G. – geschädigt? ; )

  44. #44 Captain E.
    1. März 2018

    @stone1:

    Oha, naja da verschiebt man dann die Bezeichnungen, und bei MOND o.ä. bin ich vorläufig ziemlich skeptisch, Gründe hierfür wurden ja auch hier in den Kommentaren erwähnt. Obwohl es natürlich schon cool wäre, wenn man eines Tages sagen könnte, Oliver Müller hat sie hier auf Astrodicticum Simplex bei einem Schreibwettbewerb veröffentlicht, und die MOND trifft tatsächlich zu.
    Aber das sehe ich vom heutigen Standpunkt aus zwar eher nicht kommen, aber wer weiß.

    Genau, und wem nützt es, wenn man die Dunkle Materie durch die noch rätselhaftere Dunkle Energie ersetzt? Gut, ein Vorteil wäre es, dass man den Modellen eben nur einen zuvor unbekannten Effekt hinzufügen müsste und nicht gleich zwei.

    Meine Meinung zum Oliver ist aber klar: Solange er nicht ausreichend Belege dafür anschleppt, die eine überwältigende Mehrheit aller Astronomen und Physiker dieses Planeten überzeugen, halte ich ihn für jemanden, der sich schlichtweg verrannt hat. Und wer weiß? Vielleicht ist MOND am Ende nichts anderes als der Versuch, die Effekte der Dunklen Materie vereinfacht zusammenzufassen. Solche Dinge hat es schon gegeben.

    Oder andersherum: Wenn sich auf große Distanzen die Gravitation anders verhält als von Newton und Einstein beschrieben, schlösse sich trotzdem die Frage an, wieso denn das so ist. An dem Punkt sind wir ja jetzt auch. Die Galaxien verhalten sich nicht so, wie sie sollten, und keiner kann bislang erklären, wieso Massen die Geometrie der Raumzeit um sich herum verändern. Und letztlich weiß auch keiner so recht, was diese vermaledeite “Geometrie der Raumzeit”, aus dem Blickwinkel der Physik betrachtet, eigentlich überhaupt ist.

    Na, noch ein wenig K.G. – geschädigt? ; )

    So schlimm ist es (hoffentlich!) nicht, aber sein Kichern hatte mich halt an diese kleinen, gelben Knirpse erinnert.

  45. #45 stone1
    1. März 2018

    @Captain E.

    Wenn sich auf große Distanzen die Gravitation anders verhält als von Newton und Einstein beschrieben, schlösse sich trotzdem die Frage an, wieso denn das so ist.

    Eben, und eine Erklärung dafür müsste vermutlich schon sehr seltsam sein. Erst nimmt sie über große Entfernungen mit dem Quadrat des Abstands ab, und ab einer gewissen Grenze soll sie sich dann anders verhalten? Wieso denn bloß?

    Bezüglich der Geometrie der Raumzeit gefällt mir ja das Randall-Sundrum Modell gut, wahrscheinlich weil wir damals Randalls Buch “Die Vermessung des Universums” im A.S.-Buchclub gelesen haben und weil sie nur eine Extradimension erfordert anstatt gleich 6 wie bei der Stringtheorie. Ein Nachweis von Kaluza-Klein-Teilchen ist bisher allerdings meines Wissens auch noch nicht gelungen.
    Wie so oft bei solchen Fragen gilt leider, sich weiter in Geduld zu üben bis die aktuellen LHC-Experimente ausgewertet sind.

  46. […] Sternengeschichten Folge 273: Wie bestimmt man die Masse eines Sterns? […]