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Ein Bullet-Cluster zum Selbermachen

Von / 23. Juni 2013 / 24 Kommentare
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Teil 5 meiner Serie über dunkle Materie beschäftigte sich heute mit alternativen Interpretationen der Beobachtungsdaten. Dabei spielte auch der berühmte “Bullet-Cluster” eine wichtige Rolle. Was der Galaxienhaufen mit dunkler Materie zu tun hat und wie man sich so eine galaktische Kollision selbst basteln kann, zeigen Neil deGrasse Tyson und Doug Clowe in diesem Video:

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Kommentare (24)

  1. #1 2xhinschauen
    23. Juni 2013

    Die Veranschaulichung in dem Video und ein Kommentar unter einem anderen Thread (““Was wollen Sie nun mit dem Kübel WIMPS anfangen?””) bringen mich auf eine Frage der Marke “dumme Frage sucht geduldige Antwort”.

    Dunkle Materie, so muss man doch annehmen, wechselwirkt gravitativ, aber nicht elektromagnetisch. Stimmt das so? Sie bildet also Klumpen, aber keine Moleküle. Unter dem Einfluss einer relativ großen externen Gravitation auf eine kleine Menge DM ist diese also eine Art “ideales Pulver” oder “ideale Flüssigkeit”?

    Konkreter: Spricht etwas gegen die Vorstellung eines Eimers voll DM hier auf der Erde? Bliebe sie drin (Schwerkraft) oder triebe sie die thermische Eigenbewegung ihrer Partikel auseinander? Oder würde sich trotz fehlenden Elektromagnetismus eine Art Gas in dem (hinreichtend groß gedachten) Eimer bilden, ein Gleichgewichtszustand zwischen thermischem Druck in der DM und Gravitation von Mutter Erde?

    Und: Was sähe ich in dem Eimer? Wenn DM Licht weder reflektiert noch absorbiert, was machen denn dann die Photonen vom Grund des Eimers, wenn sie auf dem Weg in mein Auge ein DM-Partikel antreffen? Tunneln?

    Hoffe da sind nicht zu viele irrtümliche Annahmen in den Fragen.

  2. #2 Steffmann
    23. Juni 2013

    @2xhinschauen:

    Am einfachsten ist die Frage zu beantworten (denke ich), wenn du das auf Neutrinos übeträgst. Es ist einfach nicht möglich. Wenn es möglich wäre, würdest du aufhören zu existieren.

  3. #3 2xhinschauen
    23. Juni 2013

    @Steffmann
    Nicht unberechtigter Einwand, Neutrinos waren ja sogar mal ein DM-Kandidat – oder sind sie noch Kandidat für einen Teil des Materiedefizits? Mein Kenntnisstand ist, dass Neutrinos nicht genug Gravitation auf die Waage bringen.

    Ich hatte bei meiner Frage WIMPS im Blick, also massive Partikel: Fehlannahme, “massiv” im normalsprachlichen mit “massiv” im physikalischen Sinne zu verwechseln, insoweit danke für den Hinweis!

    DM-Partikel können also sehr klein sein (wie Neutrinos) und damit im Extremfall (fast) nie einem Photon “im Weg” stehen: Unsichtbar selbst bei hoher Dichte. Sie müssen aber schwerer und/oder viel mehr sein als Neutrinos.

    DM klumpt im großen Maßstab (z.B. als Halo um eine Galaxie herum), bildet mangels Sensitivität fürs Elektromagnetische aber keine Klümpchen (DM-Asteroiden etc.)

    Meine Frage nach ihrem Verhalten “im Eimer auf der Erde” beantwortet das aber noch nicht.

  4. #4 rolak
    23. Juni 2013

    zeigt Neil deGrasse Tyson

    Mir ist zwar klar, daß sein Name ein guter Fanghaken ist, doch bei all seiner Beliebt- und Bekanntheit, er gibt in diesem clip ‘nur’ den WasserträgerConferencier für Doug Clowe.

    was machen denn dann die Photonen

    Hi 2xhinschauen, Photonen können sich nicht konzentrieren, daher werden sie öfter mal abgelenkt, oder um es ernsthaft auszudrücken: Durch Lensing lassen sich DM-Existenz-Indizien gewinnen.
    Dafür werden allerdings keine ‘Klumpen’ benötigt (da sehe ich etwas im Bereich Lehm bis Stein…), sondern nur Dichteschwankungen in der Verteilung der DM.
    Ein faul herumstehender Eimer behält seinen Inhalt ja nur, weil EM letzteren daran hindert, dem Zug der Gravitation nachzugeben. Und daher gibt es für die DM wenn überhaupt dann nur extrem wenig Grund, ‘im Eimer’ zu sein.

  5. #5 2xhinschauen
    23. Juni 2013

    @rolak
    Quasi während Du das geschrieben hast, fiel mir selbst auf (ehrlich), dass DM aufgrund ihrer anzunehmenden Eigenschaften weder im Eimer bleiben würde (auch nicht in einem geschlossenen Behälter) noch überhaupt mit irgendwelchen Mitteln außer Gravitation räumlich konzentriert werden könnte.

    Bevor ich das Gedankenexperiment in den Erdmittelpunkt verlagere, ziehe ich die Frage besser mal zurück. Entschuldigt bitte die gestohlene Zeit 🙁

  6. #6 rolak
    24. Juni 2013

    ehrlich

    Mal ganz abgesehen davopn, daß ich es Dir abnehme. 2xhinschauen: Wenn es anders wäre, wie sollte mich ein Urteil von Dir über Dich vom Gegenteil überzeugen?

    Entschuldigt bitte

    Da gibt es nichts zu entschuldigen. Zielorientiertes Formulieren ist immer auch ein wenig Gedankensortieren, kann nie schaden. Und außerdem können jetzt Dritte Frage und Antwort schon in den Kommentaren finden.

  7. #7 Steffmann
    24. Juni 2013

    Da gibt es nichts zu entschuldigen. Zielorientiertes Formulieren ist immer auch ein wenig Gedankensortieren, kann nie schaden. Und außerdem können jetzt Dritte Frage und Antwort schon in den Kommentaren finden

    “Zielorientiertes Formulieren” ? Sorry Rolak, aber formulierst du nicht zielorientiert ?

  8. #8 2xhinschauen
    24. Juni 2013

    @rolak
    *smile

    Das mit dem Sortieren durch Formulieren stimmt in der Tat. Wenn ich aber schon so einen großspurigen Nickname verwende, ist es doch korrekt, ein Gefühl für eigene Peinlichkeit behalten zu haben. Zumal in meiner Welt “RTFM” (read the f*ing manual) eine valide und akzeptierte Antwort für Fragen ist, die man sich durch Aufwenden eigener Zeit hätte selbst beantworten können.

    Wobei RTFM (von mir akzeptiert) nicht dasselbe ist wie das Hervorheben eines Bildungsvorsprungs bzw. das Angeben damit (“lies erstmal X, bevor Du….”). Das geduldige Erklären wie hier bzw. seitens Naturwissenschaftlern vielfach üblich ist halt nicht selbstverständlich.

  9. #9 AmbiValent
    24. Juni 2013

    Normale Materie sollte eigentlich auch Dunkle Materie gravitativ beeinflussen. Kann man dabei in sinnvollem Maße feststellen (über Gravitationslinseneffekte zB), wie sich die Dunkle Materie von Zwerggalaxien bewegt, nachdem diese von Großgalaxien der Lokalen Gruppe geschluckt wurden?

  10. #10 Steffmann
    24. Juni 2013

    @2xhinschauen

    sehr schöne Antwort. Respekt.

  11. #11 Steffmann
    24. Juni 2013

    @Ambivalent:

    Ahnnäheren Ähnliches hatte ich mit Alderamin auf Teil I diskuttiert. Schau einfach mal da vorbei, dann muss ich ich nicht alles was er sagte, nochmal wiederholen.

  12. #12 rolak
    24. Juni 2013

    formulierst du nicht zielorientiert?

    Falls Du “formulierst du manchmal nicht zielorientiert?” meinen solltest, Steffmann: Ja klar, beim Gedanken-Nachplappern zB wird nur versucht zu formulieren, was gerade durch den Kopf geht, ohne daß die Formulierung auf ein Ziel ausgerichtet ist. Wie in diesem Fall ‘verständlich und einfach erklären’.
    Falls Du es so schreiben wolltest, wie es hier zu lesen ist, verstehe ich dieFrage nicht.

  13. #13 2xhinschauen
    24. Juni 2013

    @Steffmann #10
    Kein Problem. “Jeden Tag ein bisschen besser” 😀

  14. #14 Kallewirsch
    24. Juni 2013

    DM-Partikel können also sehr klein sein (wie Neutrinos) und damit im Extremfall (fast) nie einem Photon “im Weg” stehen: Unsichtbar selbst bei hoher Dichte. Sie müssen aber schwerer und/oder viel mehr sein als Neutrinos.

    Ich möchte zwar Florians Ergüsse über DM noch zu Ende lesen, aber so wie ich das verstanden habe, ist diese Sicht der Dinge nicht zielführend.
    DM ist fundamental anders als die Materie, die wir kennen. Da geht es nicht darum, dass die Partikel irgendwie zu klein wären um mit Photonen zu interagieren. Sie tun das prinzipiell nicht.

  15. #15 Alderamin
    24. Juni 2013

    @Kallewirsch

    Genau. Umgekehrt sind Elektronen punktförmig und wechslewirken sehr effektiv sowohl mit Photonen als auch mit anderen geladenen Teilchen. Ihre EM-Ladung macht’s möglich.

  16. #16 Steffmann
    24. Juni 2013

    @rolak:

    Falls Du “formulierst du manchmal nicht zielorientiert?” meinen solltest, Steffmann: Ja klar, beim Gedanken-Nachplappern zB wird nur versucht zu formulieren, was gerade durch den Kopf geht, ohne daß die Formulierung auf ein Ziel ausgerichtet ist. Wie in diesem Fall ‘verständlich und einfach erklären’.
    Falls Du es so schreiben wolltest, wie es hier zu lesen ist, verstehe ich dieFrage nicht.

    Ich habe jetzt lange überlegt, was ich auf diese Antwort schreiben soll. Aber ehrlich, Rolak, hört sich zickig an.

    Eigentlich war meine Antwort mit einem Augenzwinkern gemeint, aber wieso ich dich damit in deiner Intellektualität verletzt habe, sehe ich nicht.

    Auf Arbeit würden wir sagen: Jetzt mach dir mal nicht das Höschen nass.

  17. #17 rolak
    25. Juni 2013

    Aber ehrlich, Rolak, hört sich zickig an.

    Noch so ein sinnleerer Satz, diesmal mangels Objekt. Ok Steffmann, nach Deinem unübersehbaren Hinweis darauf, nicht einmal grundlegende Unterhaltungstechniken – bei mißverständlichen Anfragen die angenommen wahrscheinlichste Variante zu Beantworten, den Rest zu erfragen – zu kennen, dafür aber reichhaltig Eigenvorstellungen über die Auswirkungen eigener Texte und die Zustände des Anderen in den Raum zu stellen, werde ich mir Mühe geben, Deine Ergüsse fürderhin erst einmal als zum Hintergrundrauschen gehörig zu betrachten.

  18. #18 2xhinschauen
    25. Juni 2013

    @Alderamin und @Kallewirsch

    DM ist fundamental anders als die Materie, die wir kennen. Da geht es nicht darum, dass die Partikel irgendwie zu klein wären um mit Photonen zu interagieren. Sie tun das prinzipiell nicht.

    Genau. Umgekehrt sind Elektronen punktförmig und wechslewirken sehr effektiv sowohl mit Photonen als auch mit anderen geladenen Teilchen. Ihre EM-Ladung macht’s möglich.

    Ok, also tragen DM-Partikel keine elektrische Ladung. Das tun Neutronen auch nicht und wechselwirken trotzdem mit Photonen. Neutrinos hingegen wechselwirken mit fast nichts, aber eben doch messbar ein bisschen.

    Mein “zu klein” war natürlich quantenmechanisch naiv argumentiert, gleichwohl spielt physische Größe (“Durchmesser”) eines Teilchens natürlich nicht keine Rolle.

    Meines Wissens weiß man von der DM nicht, ob sie anders als gravitativ wechselwirkt oder nicht, es gibt nur (sehr sehr niedrige) obere Schranken. Oder weiß man schon, dass “prinzipiell nicht”?

    Was ich sagen will: Brauchen wir für die dunkle Materie Eigenschaften in Kategorien, die wir noch gar nicht kennen (Stichwort “fundamental anders”), womöglich neue Fundamentalkräfte/Austauschteilchen, Dimensionen etc. (so wie “Spin” und “Farbladung” ja auch erstmal als Quanteneigenschaften entdeckt werden mussten), oder geht das auch so? Oder muss man sagen, dass man das noch nicht weiß bzw noch nicht wissen kann?

  19. #19 Kallewirsch
    26. Juni 2013

    Oder muss man sagen, dass man das noch nicht weiß bzw noch nicht wissen kann?

    Bisher bin ich eigentlich davon ausgegangen, dass die Antwort “fundamental anders” lautet. Allerdings hast du mich jetzt nachdenklich gemacht.

    Ich würde mein Geld trotzdem gerne auf “fundamental anders” setzen. Die Begründung:
    DM ist im Standardmodell nicht vorgesehen und es wurde vor ihrer Entdeckung auch meines Wissens keinerlei Hinweise darauf in Teilchenbeschleunigern oder sonstigen irdischen Epxerimenten gefunden. Anders als zb Neutrinos, die man brauchte, weil sonst die Teilchengleichungen nicht aufgehen.
    Da ist also etwas, das man hier auf der Erde weder irgendwie festgestellt hat, noch gibt es irgendwelche Hinweise darauf in den Theorien. Und trotzdem ist dieses etwas universumsweit gesehen 4 oder 5 mal häufiger als das was wir kennen. Das passt für mich nicht zusammen. Etwas, was in dieser Größenordnung häufiger ist, sollte sich wohl irgendwie in Experimenten und/oder Theorien bemerkbar machen. Oder aber es ist komplett fundamental anders als alles mit dem wir es bisher zu tun hatten.

    Ist aber ein dickes fettes subjektives IMHO.

  20. #20 Kallewirsch
    26. Juni 2013

    Ach Mist.
    Ich hätte doch erst mal diesen Artikel
    https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2013/06/25/dunkle-welten-vii-die-suche-nach-der-dunklen-materie-nahert-sich-dem-ende/
    lesen sollen 🙂

  21. #21 Alderamin
    26. Juni 2013

    @2xhinschauen

    Ok, also tragen DM-Partikel keine elektrische Ladung. Das tun Neutronen auch nicht und wechselwirken trotzdem mit Photonen. Neutrinos hingegen wechselwirken mit fast nichts, aber eben doch messbar ein bisschen.

    Neutronen sind keine Elementarteilchen. Sie sind nur nach außen neutral, aber sie sind aus elektrisch geladenen Quarks zusammengesetzt. Deswegen können sie mit Photonen interagieren.

    Neutrinos sind elementar und spüren die Schwache Wechselwirkung, deswegen interagieren sie gelegentlich mit Kernteilchen oder Elektronen, welche ebenfalls schwach wechselwirken. Dies passiert allerdings nur auf kurze Distanz, weil die Schwache Wechselwirkung keine große Reichweite hat.

    Meines Wissens weiß man von der DM nicht, ob sie anders als gravitativ wechselwirkt oder nicht, es gibt nur (sehr sehr niedrige) obere Schranken. Oder weiß man schon, dass “prinzipiell nicht”?

    Anscheinend weiß man es nicht, wo Niels gestern “Strongly Interacting Massive Particles” verlinkt hat. Es wäre wohl auch denkbar, dass es massive Teilchen gibt, die nur Gravitation spüren. Diese wären dann allerdings sehr schwer nachweisbar. Nur über ihre Masse.

    WIMPs sind wohl gemäß der vermuteten supersymmetrischen Erweiterung des Standardmodells plausible Kandidaten, und die Beobachtungen, die Florian in Teil VII der Serie beschrieben hat, scheinen darauf hin zu deuten, dass man da nicht ganz falsch liegt. Aber in trockenen Tüchern sind sie noch nicht.

  22. #22 2xhinschauen
    26. Juni 2013

    @Kallewirsch #19

    nachdenklich gemacht

    Treffer!! Nein vielleicht ist “fundamental anders” zu ungenau: War die ART fundamental anders als Newtons Formeln? In gleichem Maße anders wie z.B. Planck vs Maxwell?

    In der DM könnte unbekannte Physik lauern (im Sinne einer halbwegs kompatiblen Erweiterung des Standardmodells) wie auch gänzlich neue Physik, etwa eine neue Ebene noch unterhalb des Standardmodells (von mir so dahingesagt). Auch die Annahme supersymmetrischer Teilchen ist m.W. (derzeit noch) keine Entscheidung für erweiterte oder neue Physik, weil man über deren Eigenschaften noch nicht genug sagen kann. Gestattet mir bitte die unsaubere Sprache.

    Dass man ein Phänomen (hier: DM) nur mit der allerneuesten Beobachtungs-/Messtechnik auffinden und später dingfest machen kann (um damit die Theoretiker zum Schwitzen zu bringen), ist ja nichts Neues. Das präjudiziert nicht automatisch “fundamental” Neues.

    Allerdings bin ich wie Du immer noch davon überzeugt, dass weitere Beobachtungen uns doch noch überraschen werden, und dass die “Lösung” nichts sein wird, was man auch durch angestrengtes Nachdenken hätte erkennen können.

    Spannung!!

    @Aldemarin #21
    Neutronen sind keine Elementarteilchen öhm … hey guck mal da hinten! Freibier!! *wegschleich

    Ich lese Deinen Kommentar ansonsten so, dass man für eine Konsenstheorie in der Tat noch zuwenig weiß, dass viele Möglichkeiten noch nicht ausgeschlossen sind und dass man eben weitere Beobachtungen braucht.

    Es mag gute und weniger wahrscheinliche Kandidaten geben, aber man muss wohl noch offen sein und … naja eben noch mal hinschauen 🙂

  23. #23 Jana Und Sarah
    26. Juni 2013

    @Rolak:

    Noch so ein sinnleerer Satz, diesmal mangels Objekt. Ok Steffmann, nach Deinem unübersehbaren Hinweis darauf, nicht einmal grundlegende Unterhaltungstechniken – bei mißverständlichen Anfragen die angenommen wahrscheinlichste Variante zu Beantworten, den Rest zu erfragen – zu kennen, dafür aber reichhaltig Eigenvorstellungen über die Auswirkungen eigener Texte und die Zustände des Anderen in den Raum zu stellen, werde ich mir Mühe geben, Deine Ergüsse fürderhin erst einmal als zum Hintergrundrauschen gehörig zu betrachten.

    Und du bist dir sicher ? Dir ist schon klar, das ich dich lediglich darauf aufmerksam machen wollte, dass du einen formalen Fehler begangen hast. Denn wenn man formuliert, tut man das IMMER zielorientiert. Über die verfolgten Ziele lässt sich natürlich streiten.

    War eigentlich nur ein kleine Spitze von mir, du machst es nun zur Staatsaffäre. Erstaunlich, aber schon seit ich auf diesem Forum bin, können wir beide nicht miteinander. Du bist selbstgerecht, kompromisslos und rechthaberisch. Deine Meinung über mich ist ja bereits dokumentiert.

  24. #24 Steffmann
    27. Juni 2013

    Ich schreibe das jetzt zum drittem Mal, in der Hoffnung, dass es nicht wieder verloren geht. Der letzte Kommentar von Jana & Sarah war natürlich von mir.