Video: Was ist dunkle Materie?

Kommentare (34)

1. #1 nihil jie

   7. April 2010

   aber ich habe dennoch eine frage zur der dunklen materie.
   wenn die dunkle materie eigentlich nur gravitativ wirkt und sich nur durch ihre schwerkraft bemerkbar macht, warum klumpt sie nicht zusammen ? ich meine jetzt nicht die dinge die wir nicht sehen… also irgend welche ausgebrannten sterne oder kalte gaswolken usw… ich meine das was wir nicht sehen was aber offensichtlich da sein muss. also ich spreche hier von dem rest, von dem nur der sprichwörtliche kuckuck weiss woraus der besteht.
   was mich interessieren würde ist, ob dieser stoff auch in der lage ist zusammen zu fallen und zu grösseren objekten zusammen zu klumpen und damit auch zur bildung von zb. schwarzen löchern, nur aus der dunklen materie bestehend, fähig ist ? wie “normale” materie das auch tut.
   ich meine, es gibt doch so viel davon.. also von der dunklen materie… und wenn ihre haupteigenschaft ist, einfach nur schwer zu sein liegt für mich die frage sehr nahe… kann dunkle materie hyperschwere objekte bilden ? gegebenfalls auch zur so eine art “schwarzer löcher” zu kolabieren ?

2. #2 Florian Freistetter

   7. April 2010

   @nihil jie: Hu – für solche Details bin ich leider auch nicht Experte genug. Aber die dunkle Materie interagiert nur durch Gravitation; sie spürt keinen Elektromagnetismus; kein starke Kernkraft und wahrscheinlich auch keine schwache Kernkraft (bzw. wenn, dann extrem schwach; schwächer als sie z.B. das Neutrino spürt). D.h. dunkle Materie kann mit sich selbst auch nur gravitativ interagieren und da ist es schwierig zu “klumpen” weil die ganzen anderen Kräfte fehlen, die bei der normalen Materie dafür sorgen, dass die Moleküle zusammenhalten usw.

   Oder hast du eher sowas gemeint? https://physicsworld.com/cws/article/news/27186

3. #3 nihil jie

   7. April 2010

   danke für die schelle reaktion 🙂
   stimmt… die anderen wechselwirkungen fallen bei der dunklen materie aus. dennoch hatte ich ein bild im kopf dass sie dunkel materie auch gegenseitig anzieht, und wenn sich genügend an einem punkt gesammelt hat, dann der raum in der region kollabieren könnte… auch ohne das sie wirklich klumpft. denn dafür wären auch die anderen kräfte von nöten. ich hatte auch folgendes bild (analogie) im kopf…
   unser altbewährtes gummituch welches den raum simuliert. auf den man für gewöhnlich eine massive kugel drauf legt um zu zeigen wie eine raumkrömung aussieht. aber statt der kugel schütte ich jetzt sand drauf dessen körner nicht zusammenklupen. dennoch… wenn es genügend sand drauf liegt wird sich unser flacher gummiraum auch verbiegen. und wenn es genügend sand in einem punkt angesammelt hat wird diese raumdeformation auch immer grösser. genau so als ob da ein schweres objekt existieren würde…
   das war jedenfalls mein gedanke 🙂 naja… muss jetzt auch nicht unbedingt geklärt werden… aber darüber nachdenken kann ja nicht schaden dachte ich mir 😉
   danke aber auch für den artikel… ich muss ihn mal aufmerksam lesen… ist ja auch englisch… da brauche ich etwas länger für. wäre es auf russisch, polnisch, jugoslawisch, tschechisch oder deutsch, ginge das etwas besser *lach

4. #4 Bjoern

   7. April 2010

   @nihil je: Ein Problem mit dem “Zusammenklumpen” ist, dass die dunkle Materie dafür erst mal langsam genug werden müsste, also Bewegungsenergie abgeben müsste. Normale Materie kann das durch “Reibung” (letztlich Zusammenstöße zwischen Gasatomen, Staubteilchen usw.); die kinetische Energie wird dabei letztlich in Form von (Wärme-)Strahlung abgegeben. Aber dunkle Materie wechselwirkt bekanntlich nicht elektromagnetisch, kann also keine (Wärme-)Strahlung abgeben – und bleibt deshalb im Allgemeinen so heiß (sprich: hat so viel Bewegungsenergie), dass sie kaum zu größeren Objekten zusammenklumpen kann.

   Bei deiner Gummituch-Analogie gehst du von vornherein schon davon aus, dass sich genügend dunkle Materie irgendwo ansammelt, um den Raum soweit zu krümmen, dass weitere Materie angezogen werden kann. Aber genau das geht eben im Allgemeinen nicht: weil die dunkle Materie so heiß ist, sammelt sie sich eben kaum an (außer da, wo eh schon viel Masse ist: in Zentren von Galaxien – aber auch da “klumpt” sie nicht).

5. #5 nihil jie

   7. April 2010

   @Bjoern

   ok.. jetzt weiss ich wo mein verständnisfehler liegt… ich dachte die ganze zeit die dunkle materie sei kalt und sehr träge. na gut… unter solche umständen könnte sie sich natürlich kaum irgend wo ansammeln.
   na gut… belassen wir es mal dabei 🙂 da habe ich wohl in die falsche richtung gedacht… ist auch nicht so tragisch 😉

6. #6 Anne

   7. April 2010

   Ich hab eine lustige Theorie die mir gerade eben eingefallen ist. Beim Urknall wurde der größte Teil der Materie durch Materie-/Antimaterie-Reaktionen zerstrahlt. Die Materie welche wir kennen ist das was noch übrig blieb. es entstand ebenfalls auch ungefähr gleich viel dunkle Materie, die jedoch nicht mit einem Antiteilchen reagierte. Aus diesem Grund gibt es wesentlich mehr dunkle Materie als normale Materie.

7. #7 Thomas J

   7. April 2010

   @Bjoern

   Hat DM eine messbare Temperatur? Oder ist sie einfach aus deinen oben genannten Gründen heiss?

8. #8 Anne

   7. April 2010

   @Thomas J

   Ich hab es so verstanden. Die dunkle Materie ist heiß weil sie keine Möglichkeit hat Wärme in Form von Strahlung abzugeben. Irgendwann zu Beginn war alle Materie heiß. Nur normale Materie ist halt eben abgekühlt. Wenn man wüsste wann die dunkle Materie entstanden ist, könnte man sogar Vorhersagen über ihre Temperatur machen. Das gilt alles natürlich nur wenn dunkle Materie nicht zerfällt.

9. #9 Thomas J

   7. April 2010

   @Anne

   DM war ja von Anfang an dabei und ist verantwortlich, dass die sichtbare Materie überhaupt klumpen konnte? (wenn mich mein Alpha Centauri Halbwissengedächtnis nicht täuscht)

   Demzufolge würde man sich ja schon die Finger dran verbrennen, aua!

10. #10 rolak

    7. April 2010

    ‘Temperatur’ dürfte bei der DM eine verwirrende Bezeichnung sein, da die üblichen Meßmethoden mangels Wechselwirkung nicht greifen. Selbst die Temperaturdefinition beim idealen Gas geht nicht (elastischer Stoß) – aber deren Grundidee könnte man beibehalten. Doch warum nicht direkt von der kinetischen Energie reden? Erspart die Fehldenks.
    Finger verbrennen ist also nicht – es sei denn , ich hätte es mit diesem Text getan 😉

11. #11 Bjoern

    7. April 2010

    @nihil je: wundert mich nicht, dass du dachtest, die dunkle Materie sei kalt – schließlich spricht man auch meist von “Cold Dark Matter”! Das “cold” ist da aber relativ zu sehen – das heißt im Wesentlichen nur, dass die Bewegungsenergie deutlich kleiner als die Ruheenergie der Teilchen ist, man also mit der Dunklen Materie nicht-relativistisch rechnen kann.

    @Thomas J: Direkt messen kann man die Temperatur natürlich nicht – das würde ja voraussetzen, dass die dunkle Materie thermisch mit der normalen Materie des Thermometers wechselwirkt! “heiss” ist sie einfach in dem Sinne, wie auch normale Materie “heiss” ist – die Teilchen, aus denen sie besteht, haben im Mittel eben eine relativ hohe Bewegungsenergie. Welche Temperatur das aber genau ist – da fragst du mich zuviel. Ich würde ganz grob schätzen, so im Bereich von mehreren tausend Grad; müsste ich aber nachschauen…

    @Anne: meines Wissens haben nach allen gängigen Modellen auch die Teilchen, aus denen dunkle Materie besteht, Anti-Teilchen, also müssten auch da die meisten “wegreagiert” sein…

12. #12 Bjoern

    7. April 2010

    @rolak:

    Selbst die Temperaturdefinition beim idealen Gas geht nicht (elastischer Stoß) …

    Welche Temperaturdefinition soll das sein? Die einzige empirische Definition (der absoluten Temperatur), die ich kenne, ist die über den Wirkungsggrad einer idealen Carnotmaschine. Daneben gibt es aber auch noch eine theoretische Definition (in der statistischen Physik), nach der Temperatur letztlich nichts anderes ist als die Änderungsrate der Energie bei einer Entropieänderung (T = dE/dS); oder etwas anschaulicher (und nahezu äquivalent dazu): ein Mass für die mittlere Energie pro Freiheitsgrad eines Teilchens. Letztere Definition klappt offensichtlich auch für die dunkle Materie. Man könnte da natürlich auch gleich von der mittleren Bewegungsenergie reden – aber “Temperatur” ist halt ein anschaulicherer Begriff (auch wenn er zugegebenermassen hier etwas irreleitend ist).

13. #13 Anne

    7. April 2010

    Bjoern·
    07.04.10 · 18:31 Uhr
    @Anne: meines Wissens haben nach allen gängigen Modellen auch die Teilchen, aus denen dunkle Materie besteht, Anti-Teilchen, also müssten auch da die meisten “wegreagiert” sein…

    Verstehe ich. Wenn aber dunkle Materie praktisch nicht mit sich selbst interagiert und auch nicht klumpen kann, wieso sollte sie dann auf die gleiche Art zerstrahlen wie normale Materie und ihre Antiteilchen? Wäre es nicht möglich das ein Zerfall durch ein Antiteilchen bei dunkler Materie wesentlich unwahrscheinlicher ist als bei normaler Materie. In der Konsequenz würde das bedeutet das es nicht zuviel dunkle Materie im Universum gibt, sondern einfach zu wenig normale Materie.

14. #14 rolak

    7. April 2010

    Hi Bjoern, mangels Formatierungsmöglichkeit nur ein =»Querverweis auf die Formel mit der Boltzmannkonstante. Geht nicht, da die geforderten Randbedingungen (in diesem Falle wörtlich 😉 nicht eingehalten werden.
    Mittlere Energie/Freiheitsgrad ist ja wirklich nicht besonders weit von der Bewegung entfernt, ich muß allerdings zugeben, daß mir diese T-Def zwischen Lesen und Salatkauen auf die Schnelle nicht vor die inneren Augen kam – darauf bezog sich das Fingerverbrennen.

    Hi Anne, wenn mich nicht alles täuscht, wird die Annihilation mittels EM- und schwacher Wechselwirkung beschrieben, wodurch dies -zumindest im großen Stil- bei DM flachfiele. Aber ich kann natürlich schon wieder daneben liegen 🙂

15. #15 nihil jie

    7. April 2010

    ich melde mich noch mal zur wort… kann es gerade nicht lassen *lach 😉
    vielleicht aber in 10^30, 10^80 oder sogar erst in 10^100 jahren hat sich im universum alles so abgekühlt, dass die DM so kalt geworden ist, dass sie die fähigkeit erhält zusammen zu fallen 🙂 die DM muss doch auch wenigstens über strahlung ihre temperatur “verlieren” wen nicht durch reibung… oder ?

    naja… aber da denke ich bestimmt wieder falsch 🙂

16. #16 nihil jie

    7. April 2010

    aber fragt mich bitte jetzt nicht warum mich diese idee so fasziniert *lach

17. #17 Aragorn

    7. April 2010

    Dann muss die Wolke dunkler Materie aber immer noch ihren Drehimpuls loswerden, wenn sie über ein gewisses Mass hinaus, weiterkontrahieren soll?

18. #18 Florian Freistetter

    7. April 2010

    @nihil jie: “die DM muss doch auch wenigstens über strahlung ihre temperatur “verlieren””

    Naja – wie soll die DM denn strahlen? Das was wir “Strahlung” nennen, ist ja i.A. immer elektromagnetische Strahlung. Und die spürt die DM nicht. Wie das mit Gravitationswellen ist, weiß ich nicht so genau – vielleicht verliert die DM dadurch Energie.

19. #19 nihil jie

    7. April 2010

    ok ok… es scheint so zu sein wie meine grossmutter immer sagt… “wie man es dreht und wendet, der arsch bleibt immer hinten” 🙂
    ich gebs vorerst auf 😉

20. #20 Bjoern

    7. April 2010

    @Anne:

    Wenn aber dunkle Materie praktisch nicht mit sich selbst interagiert und auch nicht klumpen kann, wieso sollte sie dann auf die gleiche Art zerstrahlen wie normale Materie und ihre Antiteilchen?

    Öh – gute Frage…? Ich muss zugeben, dass ich mich mit den gängigen Modellen (supersymmetrische Partnerteilchen) nicht besonders gut auskenne – aber meines Wissens sind da zumindest manche elektrisch geladen, sprich: nehmen an der elektromagnetischen Wechselwirkung teil. Soweit ich weiss, nimmt man an (oder kann mathematisch zeigen?), dass die leichtesten dieser Teilchen aber elektrisch neutral sind (“Neutralinos”). Man nimmt also an, dass die ganzen geladenen Supersymmetrie-Teilchen sich alle schon sehr früh annihiliert haben – und was übrig blieb, waren eben die Neutralinos, die (1) nicht weiter zerfallen konnten, und (2) elektromagnetisch nicht wechselwirken. Deswegen sind letztere ein “heißer” 😉 Kandidat für die dunkle Materie.

    @nihil je:

    die DM muss doch auch wenigstens über strahlung ihre temperatur “verlieren” wen nicht durch reibung… oder ?

    Nöh. Die Abgabe von Strahlung wäre ja eine elektromagnetische Wechselwirkung – und dunkle Materie zeichnet sich ja gerade dadurch aus, dass sie eben keine elektromagnetische Wechselwirkung zeigt!

21. #21 Anne

    7. April 2010

    Bjoern·
    07.04.10 · 19:58 Uhr
    …..Deswegen sind letztere ein “heißer” 😉 Kandidat für die dunkle Materie.

    Das würde ja meiner Minitheorie nicht den Garaus machen.

22. #22 Anne

    7. April 2010

    Was sollte ein Dunkle Materie Teilchen dazu bewegen sich mit seinem Antiteilchen zu verbinden? Mir fällt nichts ein auf Anhieb. Welche Eigenschaften bleiben überhaupt für ein dunkle Materie Antiteilchen wenn das normale schon so wenig hat?

23. #23 Bjoern

    7. April 2010

    @Anne: das leichteste supersymmetrische Teilchen (das, wie oben erwähnt, als “heißer” Kandidat für DM gilt) ist sogar sein eigenes Antiteilchen (wie z. B. auch das Photon). Die Frage, was die dazu “bewegen” sollte, sich mit ihrem Antiteilchen zu verbinden, verstehe ich nicht ganz – meinst du, welche Wechselwirkung? Wenn ja, muss ich leider passen – kenne mich zu wenig aus damit, wie die evtl. miteinander wechselwirken könnten.

24. #24 Walter Orlov

    8. April 2010

    DM klumpt sich bereits um die Galaxien. Warum soll sie sich zu kleineren Objekten nicht klumpen? Und ich habe irgendwo gelesen, dass manche Wissenschaftler davon ausgehen, dass DM eben im Form von kleinen Klumpen existiert, gerade so groß, wie die Frau da oben zeigt.

25. #25 Florian Freistetter

    8. April 2010

    @Orlov: “DM klumpt sich bereits um die Galaxien. Warum soll sie sich zu kleineren Objekten nicht klumpen?”

    Das wurde ja oben schon geschrieben.

    “Und ich habe irgendwo gelesen, dass manche Wissenschaftler davon ausgehen, dass DM eben im Form von kleinen Klumpen existiert, gerade so groß, wie die Frau da oben zeigt.”

    Ich lese auch viel – aber wenn sie nicht genau sagen, welche Artikel sie meinen wird es schwer darüber zu diskutieren.

26. #26 Walter Orlov

    8. April 2010

    Z.B. hier
    https://astrophysik-kosmologie.suite101.de/article.cfm/dunkle_materie_gezielt_im_universum_suchen

    “Die Entstehung der Strukturen Dunkler Materie, von der Galaxien wie unsere Milchstraße umgeben sind, wurde mit Simulationsrechnungen untersucht. Solche Halos mit mehr als einer Billion Sonnenmassen sind Grundeinheiten der kosmischen Struktur. Der Halo der Milchstraße entstand vermutlich nach einer Folge gewaltiger Kollisionen von kleineren Klumpen, die aus dem Urknall gebildet wurden und dann verschmolzen. … Andere Klumpen waren aber zu klein, als dass sich aus ihnen heraus Sterne bilden konnten. Astronomen vermuten, dass sie sich immer noch im Halo unserer Galaxie befinden, auch wenn bisher kein Teleskop sie entdecken konnte.”

27. #27 rolak

    8. April 2010

    Tja, Walter Orlov, da mußt Du aber bedenken, daß in dem Artikel nur 2 Größen beschrieben werden: Größer {als eine Galaxis} und kleiner. Von winzig im Sinne von ‘apfelgroß’ ist nirgends die Rede. Und wenn Astronomen von <klein> sprechen, bin ich vorsichtig mit meinen bildlichen Vorstellungen, in diesen Falle auch mit <Klumpen>, denn von aus DM sich bildenden Sternen habe ich wirklich noch nichts gehört.. Übrigens *räusper* grelle Texte auf Deiner Seite^^

    Aber ich kam wg was ganz Anderem: Ich habe das Licht gesehen, oh große Koinzidenz 😉 Da mittlerweile alle Teile erhältlich sind, habe ich mir Cox’ “Wonders of the Solar System” besorgt und angefangen zu schauen. Schon bei 15:50 der ersten Folge kam das T-Thema auf den Tisch: Besonders geeignet zur Knubbelung von Materie, also für die Aktion ‘Gib der Schwerkraft eine Chance’ seien die dunklen, wg Aussichtversperrung sonst eher lästigen Staubwolken — aufgrund der dort herrschenden Temperatur von nicht mehr als ~10 Grad. Kelvin latürnich.
    Vielleicht (das bin jetzt wieder ich) könnte ja von einem Befähigten mal abgeschätzt werden, inwieweit die {so gut wie gar}nicht vorhandenen üblichen Verlustmöglichkeiten nebst der Schwerkraftwellen eine Abbremsung bzw -kühlung vorantreiben…

28. #28 Walter Orlov

    8. April 2010

    Doch noch viel kleiner als Galaxie: “Myriaden von Klumpen aus Dunkler Materie kreisen in dem Halo der Galaxie”
    https://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2008/pressemitteilung20081104/index.html

    Leider kann ich den Artikel mit orangengroßen Klumpen Dunkler Materie nicht finden. Vielleicht habe ich vor ein paar Jahren einfach geträumt 🙂

29. #29 nihil jie

    9. April 2010

    so… irgend wie lässt mir das jetzt doch keine ruhe…
    ich fasse mal zusammen… dunkle materie ist heiss, wechselwirkt nicht über elektromagnetische strahlung, kann ihre temperatur nicht verringern (weder durch reibung noch abstrahlung). da hätte ich gleich noch mal eine kosmologische frage.
    jetzut stellen wir uns mal ein sehr sehr altes universum vor. sagen wir mal wenn alle sterne verglüht sind und schwarze löcher so langsam aber sicher verdampfen… oder schon verdampft sind (laut einer der kosmologischen vorhersagen für das universum) dann wäre das universum gar nicht komplett ausgekühlt denn es enthält noch die hotspots an heisser dukler materie. bleibt sie da noch ewig und drei tage weiterhion heiss bis st. nimmerleinstag ?
    ich denke jetzt mal noch ein schritt weiter. dann kommt vielleicht ein zeitalter in dem die materie selbst anfängt zu zerfallen… (zb. die protonen) jetzt ist die frage zerfällt DM auch ? hat sie eine halbwertszeit ? aber um das heraus zu finden wäre wohl auch vom vorteil erst mal heraus zu finden was DM überhaupt ist 🙂 aber das wäre natürlich eine sehr interessante frage… stellt euch mal nämlich vor die DM hätte eine geringere halbwertszeit als zb. die hypothetische halbwertszeit von protonen (10^31 jahre). das wäre doch ziemlich lustig, denn dann würden irgend wann mal die grossstrukturen des universums auseinander fliegen… auch galaxien selbst 😉 denn ihre eigene schwerkraft sie gar nicht ohne die DM zusammen halten kann (könnte)

    also… was weiss man denn noch über die DM ? gibt es hier auch ein paar kosmologen die mal so weit gedacht haben was die DM angeht ? würde mich mal interessieren.

    🙂

30. #30 Bjoern

    10. April 2010

    @nihil je: Soweit ich weiss, wird in den meisten Modellen nicht angenommen, das die DM *überhaupt nicht* mit normaler Materie wechselwirkt – sondern, dass sie nur sehr schwach wechselwirkt (ansonsten wären die ganzen Experimente, die einen direkten Nachweis von DM versuchen, etwas sinnlos…). Also würde auch die DM mit der Zeit durch Wechselwirkung mit der normalen Materie abkühlen – nur halt sehr langsam…

31. #31 michunger

    10. April 2010

    Ist der Gravitationslinseneffekt der DM keine Wechselwirkung? Da werden doch Photonen abgelenkt?

32. #32 Bjoern

    11. April 2010

    @michunger: Ja, DM nimmt an der gravitativen Wechselwirkung teil. Das ist aber eine *sehr, sehr sehr* schwache Wechselwirkung! Wir reden hier zwar über “sehr schwache” Wechselwirkungen – aber sooo schwach dann auch wieder nicht… 😉 (oft benutzter Vergleich, um zu zeigen, *wie* schwach die Gravitation ist: die elektromagnetische Kraft zwischen zwei Protonen ist etwa um einen Faktor 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 größer als die Schwerkraft…)

33. #33 Stefan W.

    14. April 2010

    Mir läßt etwas anderes keine Ruhe. Wenn ständig dunkle Schokotörtchen unerkannt meinen Raum durchrkeuzen …

    Didaktisch ist das Konzept nicht überzeugend, wenn man nicht vor Ort ist, und anschließend das Objekt der Anschauung verspeisen kann.

    Schokotörtchen!

    Es lenkt irgendwie ab und macht böse, wenn man realisiert, daß man nichts abbekommen wird.

    Wenigstens das Rezept hätte sie am Ende verraten können.

34. #34 Jens Kluge

    Singapur

    11. April 2013

    Warum denn über die Klumpung spekulieren wenn es bereits durchgerechnet wurde? Siehe https://www.physik.rwth-aachen.de/fileadmin/user_upload/www_physik/Institute/Inst_3B/Forschung/IceCube/publications/bachelor_thesis_SK.pdf
    Wichtig ist hierbei wohl auch, dass kleinere Klumpen aus dunkler Materie nicht ewa durch die recht geringe Wechselwirkung der dunklen Materie mit sich selbst sondern durch Dichtefluktuationen nach dem Urknall entstehen konnten. Diese bereits vorhandenen Klumpungen konnten sich dann durch einen Schneeballeffekt zu größeren Aggregaten zusammenballen, so die Bachelorarbeit von 2010. Wie es allerdings durch die anfänglichen Fluktuationen zu der Filamentstruktur gekommen ist, die man ja auch per Graviationslinse schon nachgemessen hat, und der auch die Galaxien folgen, das ist mir noch nicht klar.